Dissertations / Theses: 'Ingénierie du tissus osseux'

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Grellier, Adeline Maritie. "La communication ostéo-endothéliale : application en ingénierie du tissu osseux." Bordeaux 2, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR21560.

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Le développement et le remodelage du tissu osseux dépendent d'une étroite coordination entre les cellules ostéoblastiques et ostéoclastiques, responsables de la formation et résorption osseuse respectivement, mais aussi entre les cellules osseuses et les cellules endothéliales présentes dans les vaisseaux sanguins environnants. Le but de ce travail est d'étudier la communication entre les ostéoprogéniteurs issus de la moelle osseuse (human osteoprogenitors : HOPs) et les cellules endothéliales (human ombilical cord endothelial cells : HUVECs). Cette communication ostéo-endothéliale a été analysée dans un modèle de co-culture in vitro en 2D mais aussi en 3D au sein de microsphères d'alginate qui ont été ensuite implantées in vivo dans une lésion osseuse chez la souris nude. Dans un premier temps, nous avons complété la caractérisation des HOPs. Le phénotype de ces cellules est régulé lorsqu'elles sont soumises à des contraintes mécaniques, paramètre fondamental in situ. En co-culture avec les HUVECs, le phénotype ostéoblastique des HOPs est également régulé et le VEGF (vascular endothelial growth factor) participe de façon étroite à cette régulation. Le phénotype endothélial semble lui aussi modifié en co-culture puisque la migration des HUVECs semble être à l'origine d'un réarrangement cellulaire proche de capillaires. Au sein de microsphères d'alginate cultivées in vitro, les HUVECs stimulent le phénotype ostéoblastique des HOPs. De même, la présence des HUVECs active la minéralisation induite par les HOPs dans une lésion osseuse réalisée in vivo. Cette étude montre que ces cellules sont capables de communiquer et pourraient être à la base de nouvelles stratégies d'ingénierie tissulaire
Bone development and remodelling are dependant on a tight cell cooperation between osteoblastic and osteoclastic cell types, responsible for bone formation and degradation, respectively. Angiogenesis is also a key process involved in these mechanisms and cell communication between osseous and endothelial cells is fundamental This work aims to study the cell communication between human osteoprogenitors (HOPs) arising from bone marrow and human endothelial cells (human umbilical cord endothelial cells : HUVECs). This osteo-endothelial communication was analysed using a well defined in vitro co-culture model in 2D but also into a 3D system into alginate microsphères which were then implanted in vivo in a bone defect in nude mice. In a first part, the HOPs were submitted to a mechanical stress which is an important parameter for the physiology of bone. Their ability to regulate their phenotype was demonstrated under shear stress. In co-culture wuth HUVECs, the phenotype was regulated and VEGF (vascular endothelial growth factor seems to be involved in this regulation. The endothelial phenotype was also regulated in co-culture since HUVECs migration led to a tubular-like cell rearrangement. Into alginate microspheres cultured in vitro, the HUVECs stimulated the osteoblastic phenotype of HOPs. Moreover, after implantation in a bone defect in vivo, the HUVECs enhanced the HOP-induced mineralization. This work shows that the cells are able to communicate and seems promising for the development of new tissue engineering strategies

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Ho-Shui-Ling, Antalya. "Etude 2D et 3D de la régénération osseuse à la surface et au sein de biomatériaux architecturés et ostéo-inductifs." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI087.

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Abstract:

A l’heure actuelle, les alliages à bases de titane sont les matériaux les plus utilisés en implantologie osseuse. Les procédés émergents de fabrication additive, tel que la fusion par faisceau d’électrons (EBM), permettent de fabriquer des structures architecturées sur-mesure en titane. Dans les cas cliniques difficiles, il est nécessaire de stimuler activement les cellules souches osseuses pour qu’elles produisent de l’os. Les protéines osseuses morphogénétiques (BMP-2, BMP-7) ont cette capacité d’ostéo-induction et sont utilisées en clinique. Cependant, leur délivrance par matrice de collagène est très mal contrôlée. Des revêtements de surface à base de polymères naturels, tels que la poly(L-lysine) et l’acide hyaluronique (PLL/HA), peuvent former des films biomimétiques servant de nanoréservoir pour ces protéines. L’objectif de cette thèse était de développer un implant innovant constitué de structures 3D en titane à la fois architecturées et ostéo-inductrices. Pour cela, des structures 3D poreuses en alliage de titane (Ti-6Al-4V) constituées de cellules cubiques ont été construites par EBM. La porosité a été bien contrôlée avec une différence par rapport aux modèles CAO de moins de 1%. La BMP-7 a été chargée et quantifiée dans les films biomimétiques. La capacité d’ostéo-induction des films a été évaluée avec des cellules souches mésenchymateuses de souris par leur expression de la phosphatase alcaline. L’expression de cette enzyme a augmenté de façon dose-dépendante avec la dose de BMP-7 initialement chargée. Le dépôt du film ostéo-inducteur sur les structures 3D architecturées a été caractérisé par microscopies optique et électronique. Les cellules souches cultivées au sein des structures 3D bioactives se différencient en cellules osseuses démontrant ainsi leur capacité ostéo-inductrice sur le court terme in vitro. Des tests préliminaires in vivo sont actuellement réalisés pour tester ces structures 3D bioactives dans un modèle fémoral de défaut osseux chez le rat
To date, titanium-based alloys (Ti) remain the most used implantable materials for load-bearing applications. Emerging additive manufacturing techniques such as electron beam melting (EBM) enable to custom-build architectured scaffolds of controlled macroporosity. In very difficult clinical situations, potent bioactive signals are needed to boost stem cells: osteoinductive molecules such as bone morphogenetic proteins (BMP-2) are currently used for this purpose. However, one of their limitations is their inappropriate delivery with collagen sponges. Biomimetic surface coatings made of the biopolymers poly(L-lysine) and hyaluronic acid, (PLL/HA) polyelectrolyte films, have recently been engineered as nanoreservoirs for BMP proteins. The aim of this PhD thesis was to develop architectured and osteoinductive 3D titanium-based scaffolds as innovative synthetic bone grafts. To this end, we used the EBM additive manufacturing technique to engineer porous scaffolds with cubit unit-cells. Their surface was coated with biomimetic films containing the bone morphogenetic protein 7 (BMP-7). The porosity was well controlled with a difference from CAD models of less than 1%. The osteoinductive capacity of BMP-7 loaded films was assessed using murine mesenchymal stem cells (MSCs) by quantifying their alkaline phosphatase (ALP) expression, which increased in a dose-dependent manner. The coating of the 3D architectured scaffolds by the bioactive film was characterized using optical and electron microscopy techniques. Finally, the 3D architectured scaffolds coated with BMP-7-loaded films were proved to be osteoinductive at the early stage in vitro. Preliminary experiments are currently done to assess their performance in an in vivo model of a critical size femoral bone defect in rat

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Fénelon, Mathilde. "La MAH en ingénierie tissulaire : application à la régénération du tissu osseux." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0241.

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La régénération osseuse guidée (ROG) est une technique couramment utilisée pour la régénération de perte de substance osseuse. Elle repose sur l’utilisation d’une membrane jouant un rôle de « barrière » en isolant le défaut osseux. Afin de pallier les limites des membranes actuellement utilisées, des recherches récentes tentent de développer de nouvelles membranes dites « bio-actives ». Du fait de ses propriétés biologiques, la membrane amniotique humaine (MAH) pourrait être une alternative aux membranes conventionnellement utilisées pour la ROG. L’objectif principal de ce travail était de déterminer les meilleures conditions d’utilisation de la MAH pour la régénération de pertes de substances osseuses. Dans une première partie expérimentale, l’influence des faces de la MAH appliquées au contact du défaut ainsi que l’effet de la cryopréservation ont été étudiés. Dans une seconde partie expérimentale, une nouvelle méthode de décellularisation de la MAH, simple et reproductible a été développée. Dans une troisième partie expérimentale, la réparation osseuse de défauts de taille non-critiques et critiques a été évaluée en présence de la MAH préservée selon différentes méthodes. Les résultats ont montré que ni les cellules souches contenues dans la MAH, ni la face appliquée au contact du défaut n’avaient d’influence sur la régénération osseuse. La MAH décellularisée/lyophilisée semblait être la méthode de préservation la plus prometteuse en vue de son utilisation en régénération osseuse
Guided bone regeneration (GBR) is commonly used to repair damaged bone. GBR is based on the application of a membrane which will act as a physical barrier to isolate the intended bone-healing space. The development of bioactive membranes has been suggested to overcome some limitations of the currently used membrane. Due to its biological properties, the human amniotic membrane (HAM) is a new biological membrane option for GBR. This study aimed at investigating the most suitable conditions to use HAM for GBR. First, the influence of both HAM sides and the impact of cryopreservation were studied. Then, a new decellularization process of HAM, that is simple and reproducible, has been developed. In a third part, bone regeneration of non-critical and critical sized defects depending on the preservation method of HAM was assessed in rodents. Results showed that neither stem cells found in HAM, nor the HAM layer used to cover the defect had an influence on its potential for bone regeneration. The most promising results were achieved with the decellularized/lyophilized HAM for the field of bone regeneration

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Catros, Sylvain. "Etude de la Micro-Impression d'Eléments Biologiques par Laser pour l'Ingénierie du Tissu Osseux." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14108/document.

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L'ingénierie tissulaire osseuse est un domaine multidisciplinaire qui vise à produire des substituts tissulaires pour la médecine régénératrice. Ce travail visait à produire des substituts osseux structurés tridimensionnels grâce à un système d'impression d'éléments biologiques par laser développé au laboratoire Inserm U577 (Projet LASIT: LASer pour L'Ingénierie Tissulaire). Les étapes de la thèse ont consisté tout d'abord à préparer des matériaux adaptés à l'impression par laser et à les caractériser au niveau physico-chimique et biologique. Il s'agissait d'hydroxyapatite nano-cristalline, de cellules humaines et d'hydrogels (alginate, matrigel). Ensuite des impressions structurées combinant ces matériaux ont été réalisées en 3 dimensions avant d'être implantés in vivo chez la souris. Les résultats ont montré que l'impression par laser d'éléments biologiques est une méthode efficace pour organiser des matériaux tridimensionnels à plusieurs composants pour l'ingénierie tissulaire
Bone Tissue Engineering is a multidisciplinary field which aims to produce artificial tissues for regenerative medicine. The purpose of this work was to produce three-dimensional bone substitute using a laser-assisted bioprinting (LAB) workstation developped in the laboratory INSERM U577 (TEAL Project: Tissue Engineering Assisted by Laser). The first step of the work consisted in the synthesis of specific materials for LAB and in the characterization of their biological and physico-chemical properties. We have prepared a nano-hydroxyapatite bioink, human cells bioinks and hydrogels bioinks. Then, three-dimensional materials have been prepared using LAB and have been implanted in vivo in mice. The results have shown that Laser Assisted Bioprinting is an efficient method fo patterning 3-D materials using biolgical elements

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Maisani, Mathieu. "Conception et développement d’hydrogels pour l’ingénierie tissulaire appliquée au tissu osseux." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0667/document.

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Abstract:

Le besoin clinique de nouvelles stratégies pour pallier les limites des techniques actuelles dans le cas de régénération osseuse a permis l’émergence de l’ingénierie tissulaire osseuse. Les stratégies basées sur les techniques d’ingénierie tissulaire semblent être une alternative à l’utilisation de greffes et ainsi de s’affranchir des limites qu’elles présentent. L’approche adoptée dans le cadre de cette thèse consiste en le développement et l’utilisation d’hydrogels comme matériaux d’échafaudage pour le comblement et la régénération de tissus osseux. De nombreuses approches utilisant elles aussi des hydrogels existent, chacune possède ses avantages et limites. Dans ce contexte, nos travaux ont consisté en l’utilisation d’un hydrogel non-polymérique comme matériau de base dans le développement des stratégies. Brièvement, plusieurs types cellulaires sont présents au sein du tissu osseux et vont participer aux processus de formation et de régénération osseuse. L’objectif de nos stratégies a été l’apport de cellules souches exogènes puis leur différenciation en cellules ostéoformatrices, ou le recrutement et la différenciation des cellules de l’hôte en cellules ostéoformatrices. Le gel de GNF a été utilisé comme matrice tridimensionnelle pour ses propriétés d’injectabilité, de gélification en l’absence d’agent de réticulation toxique et son potentiel ostéoinducteur. Ce travail a consisté au développement de stratégies pour l’ingénierie tissulaire osseuse en associant le gel de GNF à une matrice naturelle de collagène cellularisée ou à des molécules bioactives pour promouvoir la régénération de lésions osseuses. Ces travaux ont permis de développer et caractériser des stratégies pertinentes pour la régénération de lésions osseuses basées sur l’utilisation d’hydrogels
New strategies to overcome the clinical limitations of current techniques for bone defect filling and regeneration has led to the involvement of bone tissue engineering. Indeed, strategies based on tissue engineering techniques seem to be an alternative to the use of grafts and thus to defeat their limits. The approach employed in this thesis consists in development and use of hydrogels as scaffold materials for bone defect filling and regeneration. There are many approaches that also use hydrogels, each one with its advantages and limitations. In this context, our work consisted in the use of a non-polymeric hydrogel as basic material in the development of strategies for bone tissue engineering. Briefly, several cell types are present within bone tissue and will participate in the processes of bone formation and regeneration. The objective of our strategies was the contribution of exogenous stem cells and then their differentiation into osteogenic cells or the recruitment and differentiation of the host cells into osteogenic cells within the material. The GNF gel was used as a three-dimensional matrix considering its properties of injectability, gelation in the absence of toxic crosslinking agent and its osteoinductive potential. The goal was to develop strategies for bone tissue engineering by combining the GNF gel with a natural matrix of cellular collagen or bioactive molecules to promote the regeneration of bone lesions. This work allowed to develop and characterize strategies relevant to the regeneration of bone lesions based on the use of hydrogels

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Hamdan, Ahmad. "Effets de dérivés sanguins sur le comportement de cellules ostéogéniques en culture : applications en ingénierie tissulaire osseuse." Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA07G001.

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Abstract:

L’ingénierie tissulaire osseuse est un nouveau domaine visant à restaurer, à maintenir ou à améliorer la fonction tissulaire. Elle implique la présence de trois éléments : des cellules souches, des molécules de signalisation (facteurs de croissance) et un matériau de support tridimensionnel. L’utilisation de produits autologues est de plus en plus favorisée afin d’éliminer tout risque lié à l’utilisation de produits allogènes ou xénogènes. Les extraits sanguins représentent une source autologue potentielle de facteurs de croissance et d’autres molécules qui peuvent être utilisés en ingénierie tissulaire. Notre objectif était d’évaluer, in vitro, les effets de deux extraits sanguins sur le comportement des cellules ostéogéniques de calvaria de rat. Dans la première partie, nous nous sommes intéressés à étudier les effets d’un sérum homologue sur la prolifération et la différenciation ostéoblastique. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons évalué, in vitro, les effets d’un nouveau matériau de support d’origine sanguine, la globine, sur les cellules ostéogéniques. L’ensemble des résultats montre que ces 2 extraits sanguins sont capables de stimuler la prolifération et la différenciation ostéoblastique, et donc pourraient trouver des applications dans le domaine de l’ingénierie tissulaire du tissu osseux chez l’humain
Tissue engineering is a new domain developed in the aim of restoring, replacing or maintaining biological functions and tissue integrity. H implies the seeding of stem cells on 3D scaffolds in the presence of proper signaling molecules to promote cellular activity. The use of autologous products is preferred, when possible, in order to avoid ail risk associated with the use of allogenous or xenogenous products. Blood derivatives represent a potential autologous source for growth factors as well as other moiecules that couid be used in tissue engineering. Our objective was to evaluate, in an in vitro model, the effects of 2 blood derivatives on the behavior of rat calvaria osteoblastic cells. In the first part, we evaluated the effects of a homologous serum on osteoblastic ce11 proliferation and differentiation. In the second part of this work, we studied the in vitro effects of a new 3D scaffold of blood origin, globin, on osteoblastic cells. Our results show that these 2 blood derivatives are capable of stimulating osteoblastic cell activity and could find, in the future, clinical applications in the field of human bone tissue engineering

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Babilotte, Joanna. "BioFabrication par assemblage couche par couche pour l’ingénierie du Tissu Osseux." Thesis, Bordeaux, 2021. http://www.theses.fr/2021BORD0048.

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Abstract:

Dans différentes situations cliniques, la mise en place d'implants dentaires est parfois impossible du fait d'un volume osseux limité. Les méthodes actuelles de régénération de l'os alvéolaire ne sont pas toujours satisfaisantes et la mise au point de méthodes alternatives est nécessaire pour les cas les plus complexes. De nombreux matériaux de substitution osseuse sont disponibles. Cependant ils ne possèdent pas toutes les propriétés nécessaires pour une régénération osseuse complète, du fait de leur faible potentiel ostéoinducteur et ostéogénique.L’ingénierie tissulaire peut apporter des solutions aux problèmes actuellement rencontrés en reconstruction osseuse. Ces stratégies de régénération tissulaire reposent sur la combinaison d’un biomatériau macroporeux (scaffold) avec des cellules et des biomolécules utilisées pour stimuler la formation tissulaire. Pour fabriquer le scaffold plusieurs techniques existent. Ces dernières années les technologies de prototypage rapide ont gagné en intérêt, car elles offrent une bonne reproductibilité et une grande résolution. Il subsiste la problématique du « chargement » des cellules dans le scaffold macroporeux. L’approche conventionnelle implique de déposer les cellules sur le scaffold et d’espérer sa colonisation par les cellules pour former une construction tissulaire. Plusieurs limites ont été observées dans ce modèle : une faible vascularisation, une diffusion limitée des nutriments et une densité cellulaire faible et inhomogène.L'objectif de ce projet de thèse est de résoudre une partie des limites des biomatériaux macroporeux, en organisant l'ensemencement de cellules ostéoprogénitrices au sein du biomatériau. Basé sur de précédents résultats, nous avons choisi d’adopter une approche d'assemblage couche par couche également appelée « sandwich ». Cette approche devrait permettre de favoriser les interactions entre cellules et de faciliter la maturation des constructions tissulaires. Finalement la qualité et la quantité des tissus produits devraient être améliorées.La première partie du projet a consisté à fabriquer des membranes poreuses. Nous avons développé un nouveau matériau imprimable, fait d’acide poly(lactique-co-glycolique) (PLGA) mixé avec des nanoparticules d’hydroxyapatite (nHA). Le matériau fabriqué sous forme de filament a pu être utilisé pour l’impression 3D par extrusion à chaud (Fused Deposition Modeling = FDM). Le PLGA a été choisi pour son temps de dégradation adapté à la reconstruction osseuse et ses propriétés mécaniques qui sont proches de celles de l’os humain cortical. Les nanoparticules d’HA ont été incluses afin d’améliorer la bioactivité du matériau pour des applications en ingénierie tissulaire osseuse. Ensuite, ces matériaux ont été caractérisés d’un point de vue mécanique et physicochimique, avant les études in vitro et in vivo. Pour ces parties, nous avons travaillé avec la fraction vasculaire stromale issue du tissu adipeux, pour se rapprocher d’une potentielle application clinique. La survie, la prolifération et la différenciation des cellules a été évaluée. Enfin, la régénération osseuse a été observée après implantation des scaffolds dans un défaut de calvaria chez le rat
In several clinical cases, dental implant placement can be hindered if the alveolar bone volume is limited. Current surgical methods for alveolar bone regeneration are not fully satisfying, and more reliable methods to regenerate bone is needed. Several biomaterials for bone substitution are available. However, they do not possess all the necessary properties for complete bone regeneration, as they lack osteoinductive and osteogenic potential.Tissue engineering can provide solutions for current issues in bone reconstruction. Tissue engineering strategies combine engineered scaffold with cells and suitable biochemical soluble factors. To produce the scaffold several techniques are available. These last years rapid prototyping technologies gained a huge interest, as they offer reproducibility and important resolution. The current issues remaining to produce living tissue constructs by bone tissue engineering techniques are related to cell seeding inside the macroporous scaffold. The conventional approach involves seeding cells onto a macroporous scaffold and expects cell colonization to form composite tissue constructs. Many limitations have been observed using this approach, due to slow vascularization, limited diffusion of nutrients, low cell density and non-uniform cell distribution.This project aims to address the limitations of scaffold-based bone tissue engineering, by organizing osteoprogenitor cells inside the scaffold. Based on previous results, we choose to use a layer-by-layer approach. This layer-by-layer fabrication method, also called “sandwich” in this work, should favor cell-material interaction and facilitate the maturation of these constructs. Finally, the amount and quality of tissue regenerated should be enhanced.The first part of the project consisted in the fabrication of scaffolds membranes. We have developed a new material, made of medical-grade poly(lactic-co-glycolic) acid (PLGA) mixed with hydroxyapatite nanoparticles (nHA), in the shape of a filament for 3D printing by Fused Deposition Modelling (FDM). PLGA was chosen for its biodegradation rate and its mechanical properties close to human cortical bone. Nanoparticles of HA were included to improve the bioactivity of the material for bone tissue engineering applications. Then, these materials were characterized for mechanical and physico-chemical properties before in vitro and in vivo studies. In these parts, we used the stromal vascular fraction of adipose tissue, to be closer to a potential clinical translation. The survival, proliferation and differentiation of the cells were evaluated. Finally, bone regeneration was observed after implantation of the constructs in a rat bone calvaria defect model

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Froment, Aurélien. "Caractérisation structurale d'hydroxyapatites carbo-silicatées par RMN du solide : applications à l'ingénierie du tissu osseux." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS435.

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Abstract:

Les biocéramiques à base de phosphates de calcium, et plus particulièrement d'hydroxyapatite (HA, Ca10(PO4)6(OH)2) sont très largement plébiscitées pour les applications liées au comblement osseux. Ces biocéramiques macroporeuses ostéoconductrices offrent une fonction de support de la repousse osseuse, mais les volumes sont faibles et uniquement situés sur les berges du tissu hôte. Ces biocéramiques présentent également une capacité limitée à favoriser l’ostéogènèse et l’angiogenèse au cœur de l’implant et ne se dégradent pas selon une cinétique concomitante à celle de la formation des nouveaux tissus. Ces limites ont mis au jour la nécessité de développer une nouvelle génération de biomatériaux pour des applications cliniques de médecine régénérative, des biomatériaux n’ayant plus seulement la capacité d’accueillir la repousse osseuse mais devant la stimuler. Les hydroxyapatites carbo-silicatées dont les connaissances structurales sont très faibles voire quasi inexistantes sont de sérieux matériaux candidats pour cette nouvelle génération de biomatériaux. La double substitution en ion carbonate, favorise les propriétés de biodégradation et d’ostéoconduction, et en ion silicate, qui sous forme soluble favorise la formation osseuse, est source de modifications structurales pouvant mener à la modulation des propriétés biologiques de ces biomatériaux. La connaissance structurale de ces nouveaux matériaux est donc nécessaire avant de pouvoir les classifier comme futur candidats à des applications biomédicales. Le LCMCP possède depuis longtemps une compétence affirmée en "cristallographie RMN" afin de déterminer les propriétés structurales de matériaux à l'aide de techniques de caractérisation classiques et de la RMN en phase solide
Bioceramics based on calcium phosphates, and more particularly hydroxyapatite (HA, Ca10(PO4)6(OH)2) are widely popular for applications linked to bone filling. These osteoconductive macroporous bioceramics provide a function of supporting bone regrowth, but the volumes are weak and only located on the edges of the host tissue. These bioceramics also have a limited capacity to promote osteogenesis and angiogenesis at the heart of the implant and do not degrade according to a kinetic concomitant with that of the formation of new tissues. These limits have revealed the need to develop a new generation of biomaterials for clinical applications of regenerative medicine, biomaterials no longer only having the capacity to accommodate bone regrowth but must stimulate it. Carbo-silicate hydroxyapatites for which structural knowledge is very weak or almost non-existent are serious candidate materials for this new generation of biomaterials. The double substitution in carbonate ion, promotes the properties of biodegradation and osteoconduction, and in silicate ion, which in soluble form promotes bone formation, is a source of structural modifications that can lead to the modulation of the biological properties of those biomaterials. Structural knowledge of these new materials is therefore necessary before being able to classify them as future candidates for applications. The LCMCP has long had proven expertise in "NMR crystallography" in order to determine the structural properties of materials using characterization techniques. conventional and solid-phase NMR

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Barou, Carole. "Conception d'un ciment à base de phosphates de calcium pour la reconstruction osseuse et la libération de médicaments." Electronic Thesis or Diss., Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie, 2022. http://www.theses.fr/2022ENCM0019.

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Abstract:

Le traitement de l'os est un enjeu majeur en vue des difficultés de l'os à se réparer seul. Plusieurs situations chirurgicales exige l'utilisation d'auto- et/ou allogreffes. Le traitement par autogreffe est celui choisi par prédilection pour la reconstruction osseuse, car elle permet la croissance osteoinductive, fournit les cellules osteogéniques et le scaffold osteoconductif. Cependant cette voie présente de nombreuses limitations telles que la morbidité du site donneur, le temps d'opération allongé, l'insufficance en quantité... Il est ainsi nécessaire de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques capables d'exploiter le pouvoir naturel régénérant de l'os et d'être délivré de manière moins invasive. Parmi les matériaux étudiés pour le développement de nouveaux scaffolds, les ciments phosphocalciques fournissent de larges avantages concernant les perfomances biologiques : biocompatibilité, ostéoconduction, biorésorption, bioactivité... L'idée de ce projet est de développer et caractériser un nouveau ciment phosphocalcique pour la régénération osseuse. Le but est d'aboutir sur un procédé original pour obtenir un scaffold injectable, chargé en principe actif pour ensuite être délivré localement. L'atout majeur de cette structure est sa similarité avec la composition de l'os et ses propriétés mécaniques
The treatment of bone is a challenge due to the difficulty that has the bone to repair itself. Several surgical situations sometimes require the application of auto- and allografts. Autologous bone grafting is the gold-standard treatment for bone reconstruction as it is the only that can provide osteoinductive growth factors, osteogenic cells and osteoconductive scaffold. These procedures present many limitations including donor site morbidity, increased operative time and providing insufficient quantity or quality. There is therefore a need to develop novel therapeutic strategies able to exploit the natural regenerative potential of bone and that can be delivered in a less invasive manner. Among the materials studied for the development of novel scaffolds, calcium phosphate cements provide many advantages due to its biological performances, including their biocompatibility, osteoconductivity, osteoinductivity, biodegradability, bioactivity, and interactions with cells. The aim of this thesis is the development and characterization of novel calcium phosphate based cements for bone regeneration. Our goal is to develop new original processes for the development of injectable scaffolds. The major advantage of such structures lies in the perfect biocompatibility with the mechanical properties similar to those of bone

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Realista, Coelho Dos Santos Pedrosa Catarina. "Nanotopographies bioactives pour le contrôle de la différenciation des cellules souches mésenchymateuses pour des applications en ingénierie de tissu osseux." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0319/document.

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Abstract:

Les nanotopographies de surface présentant des dimensions comparables à celles des éléments de la matrice extracellulaire offrent la possibilité de réguler le comportement cellulaire. L’étude de l’impact de la nanotopographie sur la réponse cellulaire a été toujours limitée compte tenu des précisions limitées sur les géométries produites, en particulier sur les plus grandes surfaces. Des matériaux base silicium présentant des nanopiliers avec des géométries parfaitement contrôlées ont été fabriqués et leur impact sur la différentiation ostéogénique de cellules souches mésenchymateuses humaines (hMCSs) a été étudié. Des matériaux avec des nanopiliers de dimensions critiques comprises entre 40 et 200 nm et des écarts types inférieurs à 15% sur un wafer de silicium, ont été réalisés en profitant de la capacité d’auto-assemblage des copolymères à blocs. Pour mettre en évidence si des modifications de la chimie de la surface des nanopiliers pourraient favoriser la différenciation des MSCs, des peptides mimétiques ont été greffés sur les matériaux fabriqués. Un peptide connu pour sa capacité d’améliorer l'adhésion cellulaire (peptide RGD), un peptide synthétique capable d'améliorer l'ostéogenèse (peptide mimétique BMP-2) et une combinaison de ces deux peptides ont été immobilisés de manière covalente sur les matériaux silicium présentant des nanopiliers de différentes géométries (diamètre, espacement et hauteur).Les essais d'immunofluorescence et de réaction en chaîne de la polymérase quantitative (RT-qPCR) révèlent un impact des nanotopographies sur la différenciation ostéogénique des hMSCs. De plus, il a été constaté que la différenciation des cellules dépendait de l'âge du donneur. La fonctionnalisation de surface a permis une augmentation supplémentaire de l'expression des marqueurs ostéogéniques, en particulier lorsque le peptide RGD et le peptide mimétique BMP-2 sont co-immobilisés en surface. Cette étude met clairement en évidence l’impact de nanostructures avec différentes bioactivités sur la différentiation de MSCs. Ces matériaux pourront trouver leur place dans des cultures in vitro, dans l’élaboration de nouveaux biomatériaux osseux et dans de nouveaux produits d’ingénierie tissulaire
Nanotopography with length scales of the order of extracellular matrix elements offers the possibility of regulating cell behavior. Investigation of the impact of nanotopography on cell response has been limited by inability to precisely control geometries, especially at high spatial resolutions, and across practically large areas. This work allowed the fabrication of well-controlled and periodic nanopillar arrays of silicon to investigate their impact on osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells (hMSCs). Silicon nanopillar arrays with critical dimensions in the range of 40-200 nm, exhibiting standard deviations below 15% across full wafers were realized using self-assembly of block copolymer colloids. To investigate if modifications of surface chemistry could further improve the modulation of hMSC differentiation, mimetic peptides were grafted on the fabricated nanoarrays. A peptide known for its ability to ameliorate cell adhesion (RGD peptide), a synthetic peptide able to enhance osteogenesis (BMP-2 mimetic peptide), and a combination or both molecules were covalently grafted on the nanostructures.Immunofluorescence and quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) measurements reveal clear dependence of osteogenic differentiation of hMSCs on the diameter and periodicity of the arrays. Moreover, the differentiation of hMSCs was found to be dependent on the age of the donor. Surface functionalization allowed additional enhancement of the expression of osteogenic markers, in particular when RGD peptide and BMP-2 mimetic peptide were co-immobilized. These findings can contribute for the development of personalized treatments of bone diseases, namely novel implant nanostructuring depending on patient age

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Boukhechba, Florian. "Développement de modèles pour l'étude de la formation osseuse en culture tridimensionnelle et en ingénierie tissulaire osseuse." Nice, 2009. http://www.theses.fr/2009NICE4086.

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Abstract:

La culture tridimensionnelle (3D) et l'ingénierie du tissu osseux sont deux thématiques basées sur l'utilisation de matrices permettant de véhiculer des cellules ostéogéniques dans le but d'obtenir une formation osseuse in vitro et in vivo respectivement. La culture 3D est un enjeu important en biologie car elle permet de restaurer certaines propriétés tissulaires perdues en culture bidimensionnelle (2D) sur plastique. De nombreux travaux sont actuellement dédiés à la mise au point de matrices utilisables comme support de culture 3D des cellules osseuses. Sur la base d'une matrice constituée de particules de phosphate de calcium biphasé (BCP) j'ai mis au point un modèle original de culture 3D qui permet le développement d’un tissu ostéoïde et la différenciation spontanée d'ostéoblastes humains en ostéocytes. Ce modèle 3D ouvre une nouvelle voie d’étude des ostéocytes qui sont les cellules majoritaires du tissu osseux mais les plus mal connues du fait de leur accessibilité difficile et du manque de modèles d'étude disponibles. L'ingénierie tissulaire osseuse a pour but de reconstruire le stock osseux grâce à l'association de matrices, de facteurs ostéoinducteurs et/ou de cellules ostéogéniques. La majorité des travaux menés actuellement dans ce domaine préconisent l’utilisation de cellules stromales mésenchymateuses (MSC) pour améliorer les performances de ces matrices. Cependant le mécanisme d’action de ces cellules est encore peu documenté. Basé sur l'utilisation des mêmes particules de BCP, j'ai participé à la mise au point d'un nouveau biomatériau développé et breveté au laboratoire et à son utilisation comme véhicule de MSC de souris pour l'étude de la formation osseuse en site ectopique. La mise au point d'une méthode de suivi quantitatif de la survie des cellules implantées a permis de montrer que ces MSC disparaissaient très rapidement, laissant la place aux cellules de l'hôte qui sont à l'origine du tissu osseux. Nous avons conclu que, dans ce modèle, les MSC implantées jouent très probablement un rôle chimiotactique pour les cellules de l'organisme receveur. Une étude préliminaire des molécules impliquées dans ce rôle chimiotactique à été effectuée, permettant de proposer une nouvelle approche pour l’ingénierie tissulaire osseuse
Three-dimensional culture (3D) of bone cells and bone tissue engineering are both based on the use of scaffolds to convey osteogenic cells and obtain in vitro and in vivo bone formation respectively. 3D culture is an important field in cell biology, dedicated to reduce the gap between two-dimensional culture and complex tissue architecture. Many works have described various scaffolds as support for the 3D culture of bone cells but in two studies only the presence of osteocyte-like cells have been detected after very long periods of culture. I have engineered an original model of 3D culture in which human primary osteoblasts are seeded within the interspace of calibrated biphasic calcium phosphate particles (BCP). This system results, after one week, in the development of an osteoid matrix and the spontaneous differentiation of the osteoblasts in osteocytes. This model of primary osteocyte differentiation in 3D is a new tool to gain insights into the biology of osteocytes, which compose over 90-95% of bone cells but are difficult to study due to their accessibility and the very rare models available in vitro. The aim of bone tissue engineering is to regenerate the bone stock through a combination of scaffolds, osteogenic factors and / or osteogenic cells. The majority of the studied in this field advocates the use of mesenchymal stromal cells (MSC) but the mechanism of action of these cells is still poorly documented. Based on the use of BCP particles, I have participated to the development of a new bone substitute, which has been patented in our laboratory. I have used this new biomaterial as a vehicle for mouse MSC in a model of ectopic bone formation. Using a method of quantitative tracking of the implanted cells, I have shown that the implanted MSC disappeared very quickly from the implants whereas host cells were progressively recruited suggesting that host cells are responsible for the bone formation. We have concluded that, in this model, MSC play a chemotactic function towards host cells. A preliminary study of the putative molecules involved in this phenomenon was performed with the aim of proposing a new

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Schouman, Thomas. "Modélisation biomécanique et étude de la fonctionnalisation d’un implant personnalisé de reconstruction mandibulaire en titane poreux." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0065/document.

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Abstract:

Plusieurs études rapportent l’intérêt de structures poreuses synthétiques reproduisant la micro-architecture osseuse pour obtenir une régénération des pertes de substance osseuses. La fusion laser sélective de titane permet de fabriquer des implants poreux aux propriétés mécaniques très proches de celles de l’os et au potentiel d’ostéointégration élevé. Néanmoins, la recolonisation osseuse des pores de ces implants peut être limitée par leurs propriétés élastiques que nous considérons surdimensionnées. Nous avons mis au point une étude expérimentale chez la brebis afin d’évaluer l’influence des propriétés élastiques de ces implants, utilisés dans des pertes de substance mandibulaires, sur leur recolonisation osseuse. Des implants poreux et contrôles permettant une reprise intégrale de la sollicitation mécanique ont été développés. Deux groupes de six brebis ont été équipés d’implants poreux et d’implants contrôles controlatéraux de raideur variable. La régénération osseuse au sein des implants a été évaluée par caractérisation mécanique des interfaces os–implant et par la mesure du volume osseux néoformé à partir d’acquisitions micro-CT. Les implants poreux ont permis une meilleure régénération osseuse que les implants contrôles. Les implants poreux à la raideur la plus basse ont montré une régénération osseuse significativement plus élevée que les autres implants poreux. Un modèle en éléments finis a été développé afin d’optimiser la fixation des implants et la transmission des contraintes aux interfaces os-implant
Several articles report on the regeneration of bone defects using synthetic porous structures mimicking bone micro-architecture. Porous implants exhibiting mechanical properties close to that of bone tissue with enhanced osseointegration ability can be manufactured by means of selective laser melting of titanium. However, bone growth into the pores of such implant could be limited due to oversized elastic properties. We implemented an experimental study with ewes to assess the influence of the overall stiffness of these implants on bone ingrowth in critical-size mandibular defects. Fully load-bearing porous and control implants of varying overall stiffness were developed and implanted in two groups of six ewes. Bone ingrowth was assessed by mechanical characterization of bone-implant interfaces and by the measurement of the newly formed bone volume using micro-CT imaging. Higher bone ingrowth was identified in porous implants compared to control implants. Low-stiffness porous implants exhibited significantly higher bone ingrowth as compared to porous implants with stiffness closer to that of the missing bone. A finite elements model was developed to improve bone fixation of the implant and load transfer through the bone-implant interfaces

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Josse, Jérôme. "Impact de l'infection à Staphylococcus aureus sur le microenvironnement osseux." Thesis, Reims, 2016. http://www.theses.fr/2016REIMP204/document.

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Abstract:

Les infections ostéo-articulaires à Staphylococcus aureus sont des pathologies fréquentes dont les conséquences peuvent aller de la simple altération cellulaire à un retard de la réparation osseuse ou une réponse inflammatoire excessive. Afin d’étudier ce phénomène, nous avons, dans un premier temps, développé deux modèles d’infections in vitro faisant interagir Staphylococcus aureus et des cellules osseuses primaires issues d’explants chirurgicaux humains. Ces cellules ont été préalablement cultivées dans un milieu standard ou un milieu ostéogénique afin d’obtenir 2 populations à des stades de maturation différents. L’étude de l’internalisation de Staphylococcus aureus, de la mortalité cellulaire et de la production de médiateurs inflammatoires pour ces 2 populations a permis d’établir si l’impact de Staphylococcus aureus variait en fonction de la maturation cellulaire. Dans un second temps, nous avons étudié l’impact de Staphylococcus aureus sur des cellules souches mésenchymateuses dérivées du cordon ombilical. En effet, dans le cadre d’une régénération osseuse en site infecté, les cellules souches mésenchymateuses pourraient être amenées à interagir avec Staphylococcus aureus. Nous avons donc caractérisé la capacité de ces cellules à internaliser Staphylococcus aureus, à survivre face à l’infection et à produire des médiateurs inflammatoires dans notre modèle in vitro d’infection aiguë. Ce projet nous a permis de valider nos modèles d’infection in vitro et de caractériser l’impact de Staphylococcus aureus sur différentes cellules du microenvironnement osseux, donnant ainsi de nouvelles pistes pour le développement de stratégies pour la lutte antibactérienne et l’ingénierie tissulaire osseuse
Staphylococcus aureus-related bone and joint infections are common diseases whose consequences can range from simple cell damage to delayed bone repair or excessive inflammatory response. To study this phenomenon, we have developed two models of in vitro infection with Staphylococcus aureus and primary bone-forming cells derived from human surgical explants. These cells have been previously cultured in a standard medium or osteogenic medium to obtain two populations at different stages of maturation. The study of Staphylococcus aureus internalization, cell death and production of inflammatory mediators in these 2 populations allowed us to establish whether the impact of Staphylococcus aureus varied depending on cell maturation. We also studied the impact of Staphylococcus aureus on mesenchymal stem cells derived from umbilical cord. In case of bone regeneration in infected site, mesenchymal stem cells may have to interact with Staphylococcus aureus. Therefore, we characterized the ability of these cells to internalize Staphylococcus aureus, to survive against the infection and to produce inflammatory mediators in our in vitro model of acute infection. This project allowed us to validate our in vitro infection models and to characterize the impact of Staphylococcus aureus on different cells in the bone microenvironment, providing new approaches for the development of antibacterial strategies and bone tissue engineering

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Ziane, Sophia. "Développement et caractérisation d'un hydrogel thérapeutique pour la régénération du tissu osseux." Thesis, Bordeaux 2, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR21930/document.

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Abstract:

Le tissu osseux est caractérisé par sa matrice minéralisée qui est soumise à des activités de formation et de résorption assurant son renouvellement et son remaniement tout au long de la vie. En cas de lésions, l’os est capable de se réparer naturellement de façon à rétablir son intégrité et ses propriétés physiques. Cependant, certaines pathologies ou interventions chirurgicales peuvent aboutir à des pertes massives de substance osseuse et le processus naturel d’autoréparation est alors insuffisant. En première intention, la greffe osseuse est envisagée (autogreffe et allogreffe), néanmoins, du fait d’une disponibilité réduite et des risques de rejet et de transmission d’agents infectieux, cette technique n’est pas réalisable dans toutes les situations cliniques. Le chirurgien peut alors avoir recours à des biomatériaux ostéoconducteurs mais ceux-ci ne sont utilisables que dans le cas de comblement de défauts de petite taille car ils sont simplement un support passif à la néoformation osseuse. Ces limites pourraient être dépassées grâce au concept d’ingénierie tissulaire, en concevant des biomatériaux innovants ayant un fort pouvoir ostéogène conféré notamment par des facteurs de croissance ou des cellules ostéoprogénitrices. Dans notre travail, nous avons cherché à mettre au point un nouveau produit d’ingénierie tissulaire permettant la réparation de défauts osseux. La stratégie envisagée repose sur l’association d’un support tridimensionnel et de cellules souches adultes dérivées du tissu adipeux humain (ASC). L’originalité du système provient de la matrice tridimensionnelle, qui est un hydrogel thermosensible composé de monomère synthétique Glycosyl-Nucléoside-Fluoré (GNF) de faible poids moléculaire. Dans le domaine de la régénération osseuse, les hydrogels cellularisés sont généralement utilisés comme matrice associée à des molécules ostéogéniques (BMP2, Béta-Glycérophosphate) ou à des ions (Calcium : Ca2+, Phosphate : PO42-) pour permettre la differenciation ostéoblastique des cellules encapsulées dans le gel. Cependant, dans notre travail, nous n’avons pas fait appel à ces facteurs ostéogéniques. Notre étude a révélé que l’hydrogel de GNF possède les critères essentiels pour être utilisé en clinique : la non-toxicité, la biocompatibilité, la biodégradabilité, l’injectabilité et la biointégration. Des injections de complexe gel/ASC réalisées en site ectopique chez l’animal ont démontré que le gel se forme in situ en moins de 20 minutes et que les cellules encapsulées ont survécu pendant plusieurs mois. In situ, les ASC se sont différerenciées en ostéoblastes matures, exprimant la phosphatase alcaline et l’ostéocalcine et synthétisant une matrice extracellulaire riche en phosphate de calcium. Ces travaux ont donc permis de développer un produit d’ingénierie tissulaire innovant, associant un support tridimensionnel, l’hydrogel de GNF, à une composante cellulaire, les ASC. Cette matrice cellularisée apparaît prometteuse comme système injectable pour des applications cliniques de régénération osseuse
Bone tissue is characterized by its mineralized matrix which is subject to formation and resorption activities ensuring its renewal and remodeling throughout the life. In case of damage, the bone can repair itself naturally to restore its integrity and its physical properties. Nevertheless, some pathologies or surgical procedures can lead to massive loss of bone and the natural process of self-repair is insufficient. First line, the bone graft is considered (autograft and allograft), however, due to reduced availability and risks of rejection and transmission of infectious agents, this technique is not feasible in all clinical situations. The surgeon can then make use of osteoconductive biomaterials but these are only usable in the case of filling of small defects because they are simply passive scaffold for bone formation. These limits may be exceeded through the concept of tissue enginee- ring, designing innovative biomaterials with high osteogenic power conferred by particular growth factors or osteoprogenitor cells. In our work we seek to develop a new product of tissue engineering to repair bone defects. The proposed strategy is based on the combination of a three-dimensional scaffold and adult stem cells derived from human adipose tissue (ASC). The originality of this system comes from the three-dimensional matrix, which is a thermosensitive hydrogel composed of synthetic monomeric Glycosyl-Nucleoside-Fluorinated (GNF) low molecular weight. In the field of bone regeneration, hydrogels are generally used as cellularized matrix molecules associated with osteogenic (BMP2, Beta-Glycerophosphate) or ions (Calcium : Ca2+, Phosphate : PO42-) to allow osteoblast differentiation of cells encapsulated in the gel. However, in our work, we have not used these osteogenic factors. Our study revealed that the hydrogel of GNF has the essential criteria to be used in clinical practice : non-toxicity, biocompatibility, biodegradability, injectability and biointegration. Injections of gel/ASC complex performed in animal ectopic site have showed that the gel is formed in situ within 20 minutes and encapsulated cells survived and proliferated for several months. In situ, ASC were differentiated into mature osteoblasts expressing alkaline phosphatase and osteocalcin and synthesizing an extracellular matrix rich in calcium phosphate. So, this work has allowed the development of an innovative product for tissue engineering, combining a three-dimensional scaffold, the GNF based hydrogel, a cellular component, the ASC. This cellularized matrix appears promising as injection system for clinical applications of bone regeneration

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Renaud, Matthieu. "Évaluation d'un substitut osseux résorbable porteur de cellules souches : approche cellulaire pour la régénération osseuse in vivo." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTT081.

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Abstract:

Malgré le développement de biomatériaux de plus en plus nombreux dans le domaine des greffes osseuses et de la préservation alvéolaire, les résultats sont toujours insuffisants pour assurer des reconstructions ad integrum du tissu osseux. Les techniques d’ingénieries osseuses semblent être la piste à privilégier pour améliorer nos techniques chirurgicales. Le silicium poreux est un matériau prometteur pour l’ingénierie tissulaire et notamment pour la régénération osseuse. En effet, son état de surface permet une adhésion cellulaire importante et ses propriétés non toxique et résorbable en fond un matériau porteur de cellules souches intéressant. Les cellules souches de la pulpe dentaire (DPSC) sont des cellules facilement accessibles dans la cavité buccale. Leurs capacités de prolifération et de différenciation associées au silicium poreux semblent être un atout pour les applications thérapeutique pour la régénération osseuse. Des résultats d’études ultérieures in vitro ont montré leur fort intérêt à une application in vivo. Dans ce travail thèse, nous avons tester l’association silicium poreux et cellules souches de la pulpe dentaire, aux même caractéristiques énoncées dans l’étude de référence in vitro, chez l’animal. Pour cela, le matériau a été produit sous forme de particules de manière a être utilisé comme moyen de comblement osseux, associé ou non à des DPSC. Le modèle de queue de rat a été développé et tester pour diminuer le nombre d’animaux nécessaire à l’étude tout en conservant la puissance statistique des résultats. Les études ont montré la possibilité d’utiliser ce modèle pour la régénération de défauts osseux crées chirurgicalement. De plus, il semblerait que ce modèle puisse également être utile pour les études sur l’ostéointégration de système implantables et sur la régénération osseuse autour de ces implants. Le silicium poreux a ensuite été testé dans ces conditions, associé ou non aux DPSC, en comparaison avec un témoin positif et un témoin négatif. Cette association est apparue comme une piste prometteuse pour la régénération osseuse in vivo
Despite the development of biomaterials in the field of bone grafts and alveolar preservation, the results are no sufficient to made reconstructions ad integrum of bone tissue. Bone engineering techniques seem to be the preferred way to improve our surgical techniques. Porous silicon is a promising material for tissue engineering and especially for bone regeneration. Indeed, its surface allows cell adhesion. And then, it’s a non-toxic and bioresorbable interesting material properties carrying stem cells. Dental pulp stem cells (DPSC) are easily accessible cells in the oral cavity. Their proliferation and differentiation capacities associated with porous silicon appear to be attractive for therapeutic applications in bone regeneration. The results of the in vitro studies have shown the interest for in vivo application. In this thesis, we have tested the combination of porous silicon and dental pulp stem cells in vivo experimentation, using the same characteristics of the in vitro reference study. For this, the material was produced in particle form to be used as bone filling material, associated or not with DPSC. The rat-tail model was developed and tested to reduce the number of animals needed for the study while maintaining the statistical power of the results. Studies have shown the possibility of using this model for bone regeneration defects surgically created. In addition, it seems that this model can also be useful for studies on osseointegration of implantable systems and bone regeneration around these implants. Then, the porous silicon was tested under these conditions, with or without DPSC, in comparison with a positive control and a negative control. This association has emerged as a promising approach for bone regeneration in vivo

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Bostan, Luciana Elena. "Matériaux polymères avec hydrophilie contrôlée. Applications en ingénierie tissulaire du cartilage articulaire." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00743464.

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Abstract:

Les maladies ostéoarticulaires représentent environ 10% de l'ensemble des pathologies identifiées en France chaque année. Ces maladies inflammatoires et dégénératives des articulations sont pour la plupart consécutives au vieillissement ou à un traumatisme et évoluent vers l'usure des cartilages, d'où un handicap sévère. Comme aucun traitement ne permet la réparation totale du tissu cartilagineux, la recherche médicale développe des techniques d'ingénierie tissulaire. Ces techniques utilisent des substrats polymériques et des cellules souches qui sont " contraints " de se développer pour former du tissu cartilagineux. Cependant, ces techniques ne peuvent pas encore être utilisées à l'échelle d'une articulation complète car il n'est pas possible de reproduire ex vivo à grande échelle la structure et les propriétés mécaniques et physicochimiques du cartilage articulaire. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse ont permis de développer des matériaux polymères capables d'être implantés à l'échelle macroscopique dans les articulations pathologiques afin de combler l'usure des cartilages. Pour se faire, de nouveaux biomatériaux - hydrogels p(HEMA) - ont été obtenus en contrôlant le caractère hydrophile des hydrogels p(HEMA) au cours de leur synthèse chimique en présence de différents co-monomères (acide acrylique, acrylamide, acrylate d'éthylène et acrylate de butyle). Partant de là, les propriétés physicochimiques, mécaniques et tribologiques de ces nouveaux hydrogels ont été optimisées afin d'obtenir des propriétés similaires à celles du cartilage articulaire sain. Ensuite, la libération contrôlée de médicaments par ces hydrogels a été étudiée afin de minimiser les risques inflammatoires lors de leur utilisation en ingénierie tissulaire du cartilage articulaire.

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Guerrero, Julien. "Devenir des cellules souches mésenchymateuses humaines dans un environnement tridimensionnel : application à l’ingénierie du tissu osseux." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0200/document.

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Abstract:

L’ingénierie tissulaire osseuse a pour objectif de repousser les limitesexistantes de la régénération osseuse. Les stratégies proposées consistent àassocier à une matrice tridimensionnelle (3D) des cellules autologues, capables derégénérer en 3D un tissu fonctionnel. Le but de ce travail a été d’étudier l’importancede la communication cellulaire entre les cellules du compartiment stromal et lescellules endothéliales au sein d’une matrice tridimensionnelle poreuse constituée depolysaccharides naturels biodégradables. Nos résultats montrent que l’architecture etla nature de cette matrice permettent de guider la différenciation ostéoblastique descellules humaines mésenchymateuses issues de la moelle osseuse. L’organisationcellulaire en agrégats observée stimule les interactions cellulaires, et plusparticulièrement la formation de jonctions communicantes de type GAP et l’activitédes Connexines 43. Nous avons en également étudié la fonction des Pannexines 1et 3 dans la culture 3D. En conclusion, l’ensemble de nos travaux démontre que lesinteractions cellule-cellule constituent des événements majeurs dans cesmécanismes de régénération tissulaire. Les données cellulaires et expérimentalestémoignent de l’intérêt d’utiliser la totalité de la suspension de moelle osseuse pourfavoriser à la fois l’ostéoformation et la vascularisation du tissu
Bone tissue engineering aims to resolve the existing limitations of boneregeneration methods. One of the proposed strategies consists on the association,within a three-dimensional (3D) matrix, with autologous cells able to regenerate afunctional 3D tissue. The purpose of this study was therefore to investigate theimpact of cellular communication, between cells of the stromal compartment andendothelial cells, within the three-dimensional porous matrix made of biodegradablenatural polysaccharides, focusing on bone repair. Our results show that thearchitecture and the nature of the 3D macroporous matrix promotes the guidance ofmesenchymal stems cells, derived from human bone marrow, towards theosteoblastic lineage. Also, that the organization in aggregates, promoted by the 3Dmatrices, stimulated cell communication, evidenced by the formation of GAPjunctions and activity of Connexins 43. We also focused on the function ofPannexines 1 and 3 for the 3D culture in these matrices of polysaccharides. Inconclusion, this work shows that cell-cell interactions play a major role in order toimprove bone tissue regeneration. Also, cellular and experimental data demonstratesthe advantage of using a total fraction of bone marrow cells to promote both boneformation and vascularization

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Willemin, Anne-Sophie. "Stratégies cellulaires et environnementales pour le développement d’un substitut osseux prévascularisé." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0191.

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Abstract:

En cas de pertes de substances osseuses de grande étendue, la capacité naturelle de réparation du tissu osseux n’est pas suffisante et nécessite d’être assistée. La greffe d’os autologue constitue actuellement la référence. Cependant, cette thérapeutique présente tout de même des inconvénients qui ont entrainé le développement de substituts osseux. Mais, aucun matériau à ce jour ne peut remplacer totalement l’os autologue, en raison notamment de la difficulté à recréer un système vasculaire fonctionnel au niveau du site lésé. Depuis quelques années, les espoirs se tournent vers la création d’un substitut osseux prévascularisé afin de pallier la principale limite des alternatives actuelles : l’établissement d’un réseau vasculaire au sein de ce biomatériau. Notre projet vise à évaluer l’effet stimulateur d’un composé naturel, les principes actifs de la nacre solubles dans l’éthanol (appelé Ethanol Soluble Matrix, ESM), à la fois sur les capacités angiogéniques de cellules de la lignée endothéliale et sur la différenciation ostéogénique de cellules souches mésenchymateuses (CSM) avec comme objectif le développement d’un substitut osseux prévascularisé. Dans un premier temps, nous avons montré que l’ESM stimulait les capacités angiogéniques des cellules de la lignée endothéliale : cellules endothéliales matures (HUVECs, cellules endothéliales issues de la veine ombilicale humaine) et cellules progénitrices endothéliales (CPEs) issues de sang de cordon. L'ESM, utilisé à la concentration de 200µg/mL, a permis de dépasser les résultats obtenus (expression génique et test fonctionnel) avec le milieu de culture de référence des CPEs : l’EGM-2 (Endothelial Growth Medium). Nous avons ensuite mis en évidence que l’ESM exerçait un effet stimulateur également sur les CSMs en augmentant l’expression de marqueurs spécifiques des chondrocytes et des chondrocytes hypertrophiques, suggérant une orientation de ces cellules vers une ossification endochondrale. En parallèle de ces travaux, nous avons étudié l’effet paracrine des CSMs sur les cellules de la lignée endothéliale, HUVECs et CPEs. Les vésicules extracellulaires de taille nanométrique (nEVs) ont montré leur capacité à induire une stimulation in vitro de la formation de réseaux vasculaires et de l’expression de gènes endothéliaux. Ces résultats encourageants soulignent la faisabilité de l’utilisation de l’ESM en tant que stimulus à la fois de l’angiogenèse des CPEs et de l’ostéogenèse des CSMs. Ce stimulus pourrait être associé aux nEVs issues de CSMs et aux CPEs au sein d’une matrice tridimensionnelle pour développer un substitut osseux prévascularisé
In case of critical-sized defects, the bone tissue ability of natural healing is not sufficient and needs to be assisted. The autologous bone graft is currently the gold standard. However, this solution has drawbacks that have led to the development of bone substitutes. Nowadays, no substitute is able to supply autogenous bone, due to the difficulties to mimic the vascular system. In recent years, the hopes are focusing on the creation of a prevascularized bone substitute to overcome the main limitation of current alternatives: the creation of a functional vascular network inside the substitute. Our project aims to evaluate the stimulating effect of a natural compound, the nacre extracts called Ethanol Soluble Matrix (ESM), both on the angiogenic abilities of endothelial cell lineage and on the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) to develop a pre-vascularized bone substitute. First, we showed that ESM stimulates the angiogenic potential of two types of endothelial cells: mature endothelial cells (HUVECs, human umbilical vein endothelial cells) and endothelial progenitor cells (EPCs) from cord blood. The ESM, used at the concentration of 200µg/mL, exceeded results obtained with the reference culture medium of EPCs: the EGM-2 (Endothelial Growth Medium). Then, we demonstrated that ESM also exerted a stimulating effect on MSC by increasing the expression of chondrocyte and hypertrophic chondrocyte specific markers, suggesting an orientation of these cells towards endochondral ossification. In line with this work, we studied the paracrine effect of MSCs on endothelial cell lineage, HUVECs and EPCs. Nanoscale extracellular vesicles (nEVs) have been shown to induce an in vitro stimulation of the vascular network formation and of the endothelial gene expression. These encouraging results highlight the feasibility of using ESM as a stimulus for both angiogenesis of EPCs and osteogenesis of MSCs. This stimulus could be associated with MSC-derived nEVs and EPCs within a three-dimensional matrix to develop a pre-vascularized bone substitute

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Baudequin, Timothée. "Caractérisation biologique et mécanique d'un subsitut osseux biohybride et développement de scaffolds par électrospinning : vers un pansement vivant pour la reconstruction maxillo-faciale." Thesis, Compiègne, 2015. http://www.theses.fr/2015COMP2219/document.

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Un substitut osseux hybride, composé d’un biomatériau support (scaffold) et de cellules vivantes, a été étudié, développé par la méthode d’ingénierie tissulaire et caractérisé. Il devait répondre aux attentes spécifiques de la chirurgie maxillofaciale : un protocole standard pouvant s’adapter aux géométries complexes des défauts osseux de chaque patient, une forme souple et manipulable, une pré-vascularisation et une cohésion mécanique suffisante. Une forme de feuillet fin et plat a ainsi été définie et développée au sein d’une chambre de culture parallélépipédique spécifique, en utilisant une monocouche de granules de phosphate de calcium comme support. Après une caractérisation biologique et mécanique complète à partir d’une lignée cellulaire, le procédé a été validé puis transposé à une coculture de cellules primaires humaines (cellules souches et endothéliales). La bonne différenciation et la pré-vascularisation ont été constatées mais le maintien mécanique pouvait être considéré comme insuffisant pour assurer une manipulation en cours d’opération chirurgicale. La dernière partie de ce travail de thèse a donc consisté dans la mise en place d’un montage de production de fibres électrospinnées et leur utilisation comme nouveau support de culture. La formation de ces matériaux a été rendue opérationnelle de façon optimale pour différents polymères. Leur potentiel en tant que scaffold favorisant la différenciation en os ou en tendon a été vérifié et comparé à d’autres matériaux fibreux obtenus dans le cadre de collaborations nationales et internationales. La faisabilité de l’application de sollicitations mécaniques aux substituts en cours de culture a également été étudiée
An hybrid bone substitute, based on a specific biomaterial (scaffold) and living cells, was studied, developed with a tissue engineered method and characterized. It should meet the expectations of the maxillofacial surgery : a standard process which could fit with the complex geometries of each patient’s bone mass loss, a flexible shape with an easy handling, a prevascularization and a sufficient mechanical cohesion. A sheet-like shape was thus designed and developed in a specific flat cell culture chamber, with a monolayer of calcium phosphate granules as a scaffold. After both biological and mechanical full characterizations with a cell line, the process was adapted to a coculture of human primary cells (stem and endothelial cells). Relevant differentiation and prevascularization were highlighted but the mechanical cohesion could be noticed as too low to ensure an easy handling during the surgery. The last part of this thesis project was thus the set-up of a device for electrospun polymer fibers in order to use them as a new scaffold. The production of these materials was efficiently performed for several polymers. The differentiation potential for bone and tendon lineages was studied and compared to other scaffolds from national and international collaborations. The application of mechanical solicitations to the substitutes during cellculture was also studied

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Palomino, Durand Carla. "Hydrogels injectables et éponges à base de complexe polyélectrolytes (chitosane/polymère de cyclodextrine) pour une application en ingénierie tissulaire osseuse." Thesis, Lille 2, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL2S006/document.

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Abstract:

La reparation de defauts osseux par les techniques de l’ingenierie tissulaire osseuse (ITO) est consideree comme une alternative aux greffes conventionnelles. L’objectif de ce projet de these fut de developper des materiaux destines a servir de scaffolds pour le comblement et la regeneration osseuse, ces derniers etant sous la forme d’hydrogels injectables d’une part, et d’eponges, d’autre part. Ces deux types de materiaux ont ete obtenus par melange de chitosane (CHT, cationique), et de polymere de cyclodextrine reticule par l’acide citrique (PCD, anionique), interagissant via des liaisons ioniques et formant des complexes polyélectrolytes. La premiere partie de la these a ete consacree au developpement et caracterisation d’une eponge CHT/PCDs qui a ete chargee avec le facteur de croissance de l’endothelium vasculaire (VEFG) dans le but de favoriser sa vascularisation. Le second volet de la these a eu pour objectif d’optimiser la formulation d’un hydrogel injectable destine a la chirurgie mini-invasive, compose de CHT et de PCD sous sa forme soluble (PCDs) et insoluble (PCDi) [CHT/PCDi/PCDs]. L'etude a ete concentree sur l’optimisation et la caracterisation des proprietes rheologiques de l’hydrogel. Enfin, une etude prospective sur le developpement de l'hydrogel/eponge composite en ajoutant une phase minerale - l'hydroxyapatite (HAp) dans la formulation a ete realisee afin d'ameliorer les proprietes mecaniques et osteoconductrices.L’eponges CHT/PCDs a ratio 3 :3 a ete obtenue par lyophilisation des hydrogels et a subi un traitement thermique (TT) afin d’ameliorer leur stabilite par la formation des liaisons covalentes. L’eponge CHT/PCDs avec un TT a 160°C a montre des proprietes de gonflement eleve (~600%) et une biodegradation ralenti induite par le lysozyme (~12% perte masse dans un mois). Sa microstructure, ses proprietes mecaniques de compression et sa cytocompatibilite avec deux types de cellules (pre-osteoblastes (MC3T3-E1) et endotheliales primaires (HUVECs) ont ete etudiees. Une porosite elevee (~87%) avec des pores interconnectes a ete observee par microtomographie de rayons X, ainsi qu’une bonne adhesion et colonisation cellulaire au sein de l’eponge par microscopie electronique a balayage (MEB). Le VEGF a ete incorpore dans l’eponge, et son profil de liberation a ete suivi, ainsi que la bio-activite du VEGF libere. La liberation du VEGF a ete rapide pendant les trois premiers jours, puis ralenti jusqu'a devenir non-detectable par la methode ELISA jusqu’a 7 jours. Le VEGF libere pendant les deux premiers jours a montre un effet pro-proliferation et pro-migration significatif sur les HUVECs.Les hydrogels injectables de CHT/PCDi/PCDs a differents ratios ont ete optimises et caracterises en fonction de leurs proprietes rheologiques, leur injectabilite, et leur cytotoxicite. L’impact de l’ajoute du PCDi dans l’hydrogel a ete clairement observe par analyses rheologiques Ainsi, l'hydrogel CHT/PCD, compose a parts egales de PCDi et de PCDs, a demontre le meilleur compromis entre stabilite structurelle, proprietes rheofluidifiantes et autoreparantes, et injectabilite. En plus, l’hydrogel a montre une excellente cytocompatibilite vis-avis les cellules pre-osteoblastes MC3T3-E1.Bases sur la formulation optimisee, l’HAp a ete incorporee a differentes concentrations dans l’hydrogel. L’ajout de la phase minerale n’a pas perturbe la formation ni la stabilite structurelle des hydrogels, mais a ameliore les proprietes viscoelastiques. Les eponges composites, elaborees par lyophilisation de ces hydrogels, ont montre que les particules de HAp etaient dispersees de maniere homogene dans la structure macroporeuse de l'eponge. Ces resultats encourageants ont montre qu'il etait possible de fournir un hydrogel injectable ou une eponge composite comme scaffold pour l’ITO [...]
Repair of bone defects by bone tissue engineering (BTE) methods is considered as an alternative to conventional grafts. The aim of this PhD project was to develop two types of BTE scaffolds for bone regeneration: one is in the form of injectable hydrogel, and the other is in the form of sponge. Both scaffolds based on the formation of polyelectrolyte complexes by mixing chitosan (CHT, cationic) and polymer of cyclodextrin (PCD, anionic). Besides developing the sponge scaffold, the vascularization of 3D scaffold (a challenge of BTE) was specially investigated in the first part of the work, for which vascular endothelial growth factor (VEFG) was loaded on the CHT/PCDs sponge to promote the vascularization. The second part of the thesis was dedicated to the elaboration of an injectable CHT/PCD hydrogel, which was intended for minimally invasive surgery. The formulation optimization of hydrogel was performed by tuning the composition ratios of two PCD components: soluble-form PCD (PCDs) and insoluble-form PCD (PCDi), in order to better reach the specific requirement (e.g. rheological properties) of injectable hydrogel for regenerative medicine. Finally, a prospective study on developing the composite hydrogel/sponge by adding a mineral phase - hydroxyapatite (HAp) in the formulation was realized to improve the mechanical and osteoconductive properties.CHT/PCDs sponges were obtained by freeze-drying the hydrogels CHT/PCDs 3:3. The thermal treatment (TT) at different temperatures was further applied on the sponge to improve the mechanical stability. The CHT/PCDs sponge treated at 160°C was opted for further study thanks to high swelling capacity (~ 600%) and moderate lysozyme-induced biodegradation rate in vitro (~ 12% mass loss 21 days). This sponge of choice was further evaluated for the microstructure, the mechanical property (compressive strength) and the cytocompatibility with pre-osteoblasts (MC3T3-E1) and endothelial cells (HUVEC). Results of X-ray microtomography showed a high porosity (~87%) in the sponge with interconnected pores. Good cell adhesion and in-growth (colonization) in the sponge were observed by scanning electron microscopy (SEM). After loading VEGF on the sponge, the release profile of VEGF and the bioactivity of released VEGF were thoroughly studied. It showed that the release of VEGF was rapid (burst) during the first two days, then slowed down up to non-detectable by ELISA method after 7 days. The released VEGF during the first two days showed a significant pro-proliferation and pro-migration effect on HUVECs.For the injectable CHT/PCDi/PCDs hydrogels, optimization of composition ratio was based on evaluating their rheological properties, injectability, and cytotoxicity. The beneficial effect of combining both PCDi and PCDs in the formula of the hydrogel was clearly observed on the properties of hydrogel. Namely, the CHT/PCD hydrogel, composed of equal quantity of PCDi and PCDs, demonstrated the best compromise between structural stability, shearthinning and self-healing properties, and injectability. An excellent cytocompatibility with preosteoblast cells (MC3T3-E1) was also confirmed for the hydrogel with this composition.Based on the optimized formulation, HAp was incorporated at different concentrations, which didn’t disturb the formation or the structural stability of the hydrogels, but improved the viscoelastic properties. The composite sponges, elaborated by lyophilization of these hydrogels, showed that the HAp particles homogeneously dispersed within the macroporous structure of the sponge. These encouraging results showed the feasibility of providing an injectable hydrogel or a composite sponge for BTE scaffold [...]

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Baldini, Marc. "Caractérisation ultrasonore des tissus osseux." Tours, 1993. http://www.theses.fr/1993TOUR3310.

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Le, Pape Fiona. "Evaluation de la contribution d'une hémoglobine marine dans la culture cellulaire et dans la cellularisation de substituts osseux et méniscaux par des cellules souches mésenchymateuses." Thesis, Brest, 2016. http://www.theses.fr/2016BRES0002/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse avait pour objectif le développement de systèmes de culture cellulaire, en 2D et en 3D, en mettant à profit les propriétés d’un transporteur d’oxygène marin, HEMOXCell®. Notre approche générale était articulée selon deux grands axes : un premier concernant l’évaluation de l’utilisation d’HEMOXCell® dans la culture de deux modèles cellulaires, et un second, utilisant les résultats obtenus à des fins d’ingénierie tissulaire. Dans le premier axe, l’évaluation de l’effet dose-réponse d’HEMOXCell® dans la culture des cellules CHO-S et des cellules souches mésenchymateuses (CSM), a permis de déterminer des concentrations de travail optimales, favorisant la viabilité et la prolifération cellulaire. Le modèle cellulaire CHO-S a contribué à la mise en place d’un test de performance de la molécule, et encouragé son utilisation dans des systèmes de bioproduction. Les essais menés sur les CSM ont quant à eux permis de valider l’innocuité de la molécule à de faibles doses et le maintien de l’état « souche ». L’idée d’associer les CSM à des supports poreux est prometteuse pour des applications d’ingénierie tissulaire, mais est soumise aux problèmes liés à l’oxygénation en profondeur des supports. Dans le second axe de ce projet, nous avons oeuvré à améliorer la colonisation de substituts osseux et méniscaux, en culture statique et dynamique, en présence d’HEMOXCell®. Parallèlement, une étude a été menée pour tenter de caractériser les cellules méniscales. Les analyses de la colonisation des biomatériaux suggèrent un effet bénéfique d’HEMOXCell® lorsqu’il est utilisé en complément des milieux de différenciation cellulaire. Ce travail a contribué à améliorer la compréhension de ce transporteur d’oxygène et à l’élargissement de ses potentiels champs d’utilisation notamment dans un cadre thérapeutique
This work aimed to develop cell culture systems, in 2D and 3D, based on the properties of HEMOXCell®, a marine oxygen carrier. Our approach was articulated in two main parts: the first one dealing with the assessment of the use of HEMOXCell® in the culture of two cellular models, and the second one, exploiting the results obtained for tissue engineering purposes. In this first axis, the dose-response effect of HEMOXCell® in the CHO-S cells and mesenchymal stem cells (MSC) in vitro culture, allowed the identification of optimal working concentrations, which can promote cell viability and proliferation. The CHO-S model has contributed to the establishment of a performance test of the molecule, and encouraged its use for bioproduction stimulation. The tests performed on MSCs were used to validate the harmlessness of the molecule at low doses and the maintenance of "stemness". The idea to associate MSCs with porous scaffolds is a promising approach for tissue engineering applications, but it is confronted to the lack of oxygen in the depth of the substitutes. In the second part of this project, we worked at improving the cellularization of bone and meniscal substitutes, under static and dynamic culture systems, w/ and w/o HEMOXCell®. In parallel, a study was conducted to attempt to characterize the meniscal cells. Analyses of cellularized biomaterials suggest a beneficial effect of HEMOXCell® when used as a differentiation media supplement. This work contributed to improve this oxygen carrier understanding and to extend the field of its potential uses particularly for therapeutic applications

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Mechiche, Alami Saad. "Substrats phospho-calciques pour la régénération osseuse." Thesis, Reims, 2016. http://www.theses.fr/2016REIMS003.

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Abstract:

L’ingénierie du tissu osseux est un domaine qui représente un enjeu majeur dans le cadre de la médecine régénératrice. Trois composants sont généralement décrits dans le cadre de l’ingénierie tissulaire : un biomatériau pour pallier le volume de tissu défectueux, une source de cellules progénitrices qui seront responsables de la synthèse des composants tissulaires ainsi que des facteurs de croissance ou des signaux issus des propriétés physico-chimiques du biomatériau afin de guider la prolifération et la différenciation cellulaire. Le but de cette étude a été de synthétiser des substrats phospho-calciques à l’aide de la technique de pulvérisation simultanée d’espèces réactives et de caractériser les différentes propriétés physico-chimiques des substrats obtenus. Nous avons pu démontrer la possibilité d’inclure des molécules organiques (chitosane et acide hyaluronique) à la phase minérale avec cette technique. Nous avons aussi montré la possibilité de faire varier des propriétés telles la rugosité (entre 300 et 700 nm), l’élasticité (entre 2 à 6 GPa), la composition chimique (phosphate octacalcique ou phosphate dicalcique dihydraté) et la bioactivité (précipitation des phosphates de calcium à la surface des substrats) avec la technique de pulvérisation. Par ailleurs, des cellules souches issues de la gelée de Wharton de cordons ombilicaux humains ont été isolées, puis caractérisées sur le plan génique et protéique. Ces cellules étant candidates pour l’utilisation en ingénierie tissulaire osseuse, nous nous sommes intéressés à plusieurs types de marqueurs dont les marqueurs mésenchymateux et les cytokines immuno-modulatrices.La dernière partie de cette thèse a concerné l’association des cellules souches isolées à partir de la gelée de Wharton aux substrats phospho-calciques obtenus à l’aide de la technique de pulvérisation. Nous avons pu démontrer que les cellules adhéraient sur ces substrats et s’organisaient en structures nodulaires au sein desquelles a été observée une couche de cellules sécrétrices entourant des fibres de collagène, des formations cristallines faîtes de phosphates de calcium et des cellules dont la morphologie rappelait celle des ostéocytes. Des variations dans l’expression de marqueurs ostéoblastiques ont aussi été observées, et ce en l’absence de facteurs solubles ostéogéniques dans le milieu de culture. En conclusion, les substrats phospho-calciques obtenus avec la technique de pulvérisation sont capables d’induire la différenciation de cellules souches issues du cordon ombilical en ostéoblastes. Ce modèle se révèle être prometteur pour la mise en place de thérapies en vue de la régénération du tissu osseux
Bone tissue engineering is a major issue within regenerative medicine. There are three main components in the field of tissue engineering: a scaffold providing a structure for tissue development, a source of stem cells for tissue formation and growth factors or physical stimuli from the biomaterial to direct growth and differentiation of cells. The purpose of this study was to synthesize calcium phosphate substrates by simultaneous spraying of interacting species and to carry out the physico-chemical characterization of the built substrates. We showed that the spraying technique allows the inclusion of organic molecules such as chitosan and hyaluronic acid. The spraying technique allows several physio-chemical characteristics to be varied, rugosity (300 – 700 nm), elasticity (2 – 6 GPa), chemical composition (octacalcium phosphate or dicalcium phosphate dehydrate), but also studied the bioactivity of the substrates (calcium phosphate from the culture medium precipitates at thesurface of the substrates). In another hand, our aim was to isolate stem cells from human umbilical cords’ Wharton’s Jelly and to carry out their genic and proteic characterization by focusing on mesenchymal markers and immunomodulating cytokines, knowing that these cells are candidates for a use in bone regeneration therapy.The last purpose of our study was to evaluate the potential of Wharton’s jelly stem cells to adhere and proliferate onto the sprayed substrates, and also the formation of nodules. The ultrastructural analysis of nodules formed by Wharton’s jelly stem cells showed a layer of secretory cells surrounding collagen fibers, calcium phosphate crystals and cells with a similar morphology to that of osteocytes. Osteoblastic markers appeared to be regulated in cells cultured without osteogenic supplements. To conclude, sprayed calcium phosphate substrates seem to induce osteoblastic differentiation of Wharton’s jelly stem cells through the substrate’s physico-chemical properties. Our model appears as promising for further bone regenerative therapies

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Cruel, Magali. "Caractérisation et optimisation de l'environnement mécanique tridimensionnel des cellules souches au sein des bioréacteurs d'ingénierie tissulaire osseuse." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2015. http://www.theses.fr/2015ECDL0011/document.

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Abstract:

L’ingénierie tissulaire osseuse a récemment connu de nouveaux développements grâce à la prise en compte du phénomène de mécanotransduction dans la conception des bioréacteurs. Toutefois, des progrès restent à faire sur nos connaissances sur les mécanismes de la réponse des cellules souches mésenchymateuses (CSM) aux contraintes mécaniques en vue d’optimiser l’environnement mécanique tridimensionnel des cellules dans les bioréacteurs. L’objectif de cette thèse est double : déterminer le meilleur microenvironnement mécanique pour des CSM humaines et appliquer cet environnement au sein d’un bioréacteur. Pour cela, des CSM humaines ont été cultivées dans différentes conditions et soumises à des contraintes mécaniques. Leur réponse a été analysée via des marqueurs précoces de l’ostéogénèse. En parallèle, un modèle numérique a été développé pour simuler l’écoulement dans un bioréacteur à scaffold granulaire et déterminer le niveau et la répartition des contraintes ressentis par les cellules. Il a été mis en évidence que la réponse des cellules à une stimulation mécanique dépend très fortement de son environnement tridimensionnel. Ce travail à la fois mécanique et biologique permet de dégager des pistes d’amélioration des bioréacteurs et des scaffolds en vue de l’optimisation de l’environnement mécanique tridimensionnel des cellules en ingénierie tissulaire osseuse
Bone tissue engineering is currently in full development and a growing field of research. The consideration of the mechanotransduction process is a key factor in the optimization of bioreactors. Mesenchymal stem cells (MSC) used in bone tissue engineering are known to be mechanosensitive but our knowledge of the mechanisms of cell response to mechanical stress needs to be improved. This thesis has a double goal: determining the best possible mechanical microenvironment for human MSC, and apply this environment in a bioreactor. To that aim, human MSC were grown in different conditions and subjected to mechanical stresses. Their response was analyzed through osteogenesis markers. A numerical model was also implemented to simulate the flow in bioreactor with a granular scaffold and evaluate levels and distributions of stresses felt by cells. It was shown that cell response to mechanical stress is strongly dependent on the tridimensional environment. This biological and mechanical study highlights tracks of improvement for bioreactors and scaffolds to optimize the mechanical tridimensional environment of cells in bone tissue engineering

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Valentin, Bianco Isabelle. "Etude des contraintes à l'interface implant dentaire/tissus osseux." Aix-Marseille 2, 1992. http://www.theses.fr/1992AIX22089.

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Une simulation numerique du comportement mecanique d'implants dentaires et plus particulierement de l'interface os-implant a ete menee dans le but d'une part de contribuer a l'optimisation geometrique de la forme d'implants dentaires en vue de minimiser les tensions a l'interface, et d'apporter d'autre part des reponses aux questions sur la biofonctionnalite d'implants deja dans le commerce. Dans un premier temps nous exposons les resultats obtenus dans le cadre d'une modelisation en elasticite lineaire et contraintes planes d'abord isotrope puis orthotrope; dans un deuxieme temps nous presentons une modelisation tri-dimensionnelle isotrope qui a, en outre, permis de mettre au point la representation geometrique du systeme a etudier. Enfin, pour determiner les consequences d'une non-osteo-integration de l'implant sur le systeme manducateur, nous avons modelise l'interface grace a trois notions de contact. D'abord le contact standard avec frottement de type coulomb, puis pour nous rapprocher de la realite nous avons developpe un element ressort simulant un contact avec adhesion initiale des deux materiaux et donc une force d'arrachement et enfin, nous avons introduit un phenomene de deterioration de l'adhesion. Toutes ces modelisations ont confirme les resultats publies par les cliniciens a savoir la zone cervicodistale est critique. En effet, dans le cas de la modelisation avec contact parfait nous y trouvons des contraintes plus elevees que dans le reste de la mandibule et lorsque nous autorisons la desolidarisation de l'implant et de l'os le deplacement y est maximum

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Kuterbekov, Mirasbek. "Microporteurs polymériques poreux à surface bioactive pour l’ingénierie de tissus osseux." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI035.

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Abstract:

La régénération des défauts osseux de taille critique reste un défi majeur pour la santé. Les limitations des greffes de tissus communes nous ont incités à développer une alternative synthétique basée sur la construction d’un biomatériau, des facteurs ostéoinductifs et des cellules souches. Pour la construction du biomatériau, nous nous sommes concentrés sur les microporteurs polymères poreux, car ils supportent une expansion cellulaire à grande échelle et un assemblage modulaire des tissus, contournant deux goulots d'étranglement importants pour la traduction clinique. Pour assurer l'approvisionnement industriel et l'approbation réglementaire, nous avons conçu une méthode de fabrication sans solvant organique basée sur la cristallisation sphérulitique du poly(L-lactide) (PLLA) dans ses mélanges avec du polyéthylène glycol (PEG). Les sphérulites de PLLA ont été facilement récupérées sous forme de microporteurs en éliminant par rinçage le PEG soluble dans l'eau. Leur taille et leur porosité pourraient être contrôlées indépendamment en ajustant le rapport PLLA / PEG et la température de cristallisation. La biocompatibilité et l'ostéoconductivité des microporteurs à PLLA ont été confirmées par l'expansion et la différenciation ostéogénique des cellules souches adipeuses humaines (hASC). Comme cette dernière fonction hASC est sensible à différents paramètres de culture, nous avons ensuite utilisé l'approche de conception d'expériences pour leur dépistage rapide. En combinaison avec l'analyse à haut débit, nous avons identifié plusieurs paramètres ayant une influence marquée sur leur différenciation ostéogénique. Enfin, pour la délivrance de facteurs ostéoinducteurs, nous avons élaboré des multicouches de polyélectrolytes (PEM) à base de poly (L-ornithine) et d'acide hyaluronique biocompatibles. Ces PEM ont été caractérisées en termes de croissance, de morphologie, d'aptitude à incorporer des protéines morphogénétiques osseuses (BMP) et à fonctionner en tant que revêtements sur des microporteurs à PLLA. Nos résultats préliminaires ont montré que l’incorporation de BMP dans les PEM avait un effet important sur l’adhérence des hASC. Bien que des études supplémentaires soient nécessaires, les microporteurs à PLLA recouverts de PEM chargés de BMP et ensemencés avec hASC pourraient être un implant synthétique prometteur pour une régénération osseuse améliorée
The regeneration of critical-sized bone defects remains a major healthcare challenge. The limitations of common tissue grafts prompted us to develop a synthetic alternative based on a biomaterial construct, osteoinductive factors and stem cells. For biomaterial construct, we focused on porous polymeric microcarriers as they support large-scale cell expansion and modular tissue assembly, circumventing two important bottlenecks for clinical translation. To insure industrial supply and regulatory approval, we designed an organic-solvent-free method for their fabrication based on the spherulitic crystallization of poly(L-lactide) (PLLA) in its blends with polyethylene glycol (PEG). The PLLA spherulites were easily recovered as microcarriers by rinsing away the water-soluble PEG. Their size and porosity could be independently controlled by tuning the PLLA/PEG ratio and crystallization temperature. The biocompatibility and osteoconductivity of PLLA microcarriers were confirmed through the expansion and osteogenic differentiation of human adipose stem cells (hASCs). Because the latter hASC function is sensitive to different culture parameters, we then used the Design of Experiments approach for their rapid screening. In combination with high-throughput analysis, we identified several parameters that had a pronounced influence on their osteogenic differentiation. Finally, for the delivery of osteoinductive factors, we elaborated polyelectrolyte multilayers (PEM) based on biocompatible poly(L-ornithine) and hyaluronic acid. These PEMs were characterized in terms of their growth, morphology, the ability to incorporate bone morphogenetic proteins (BMP) and to function as coatings on PLLA microcarriers. Our preliminary results showed that the incorporation of BMPs inside PEMs had a strong effect on hASC adhesion. While further studies are needed, hASC-seeded PLLA microcarriers coated with BMP-loaded PEMs could be a promising synthetic implant for improved bone regeneration

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Granel, Henri. "Mise au point, caractérisation et optimisation d’hybrides organominéraux à base de polycaprolactone et bioverre pour la régénération tissulaire osseuse : Ingénierie tissulaire osseuse." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC106.

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Les avancées technologiques dans le domaine de la médecine régénérative ont permis l’accès à un vaste panel de biomatériaux. Pourtant, la réparation de certains défauts osseux continue de poser problèmes et des améliorations sont requises. Dans ce contexte, les propriétés des verres bioactifs (BV) en font des candidats sérieux. Ils sont d’ailleurs déjà utilisés, cependant, leur grande fragilité limite leurs applications et notamment leur utilisation comme scaffolds poreux. Le développement du procédé de synthèse sol-gel a contribué à résoudre ces difficultés.Cette technique permet de combiner le BV avec un polymère pour conférer au biomatériau de la ténacité. On peut alors envisager la création de scaffolds poreux adaptés à la régénération du tissu osseux. Récemment, le Laboratoire de Physique Corpusculaire est parvenu à synthétiser ce type de biomatériaux. Ce projet de recherche multidisciplinaire a eu pour objet le développement du procédé de synthèse ainsi que la caractérisation physico-chimique et biologique des hybrides. Cette thèse présente les résultats obtenus en se focalisant sur les propriétés biologiques des biomatériaux. Après avoir sélectionné le polycaprolactone (PCL) pour la phase organique, nous avons mis en évidence la bioactivité des scaffolds ainsi qu’une vitesse de dégradation lente associée à une forte ténacité. Nous avons ensuite caractérisé leur potentiel biologique in vitro à l’aide d’un modèle d’ostéoblastes primaires de rat. Nous avons observé que ces cellules osseuses primaires étaient capables d’adhérer sur les biomatériaux (BV-PCL) et de s’y différencier. Les résultats obtenus ont montré une supériorité des hybrides par rapport à une xénogreffe commerciale de référence. Une étude animale dans un modèle murin a permis de confirmer ces résultats et de valider le potentiel des scaffolds de BV-PCL. Des dopages inorganiques (strontium) et organiques (fisétine) ont permis de doubler la régénération osseuse observée avec le BVPCLdans notre modèle animal. Les biomatériaux hybrides que nous avons développés possèdent donc un fort potentiel en régénération tissulaire osseuse. De plus, l’utilisation de composés organiques d’origine alimentaire représente une stratégie innovante et efficace pour l’amélioration des propriétés ostéoinductives de biomatériaux osseux
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Rederstorff, Émilie. "Potentiel des exopolysaccharides marins en ingénierie des tissus squelettiques." Nantes, 2011. http://www.theses.fr/2011NANT2002.

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Les lésions dégénératives des tissus squelettiques affectent une part importante de la population et représentent un enjeu majeur de santé publique. Cependant, les approches thérapeutiques mises en place pour la réparation de ces tissus, souffrent de nombreuses limitations. Dans ce contexte, des efforts pluridisciplinaires pour développer des solutions thérapeutiques alternatives ont conduit à une nouvelle discipline, l’ingénierie tissulaire. Cette discipline se donne pour objectif de développer des substituts biologiques aux tissus squelettiques en développant des constructions hybrides associant des matrices tridimensionnelles avec des cellules. L’objectif de cette thèse a été d’évaluer le potentiel de deux exopolysaccharides (EPS) marins HE800 et GY785, en ingénierie des tissus squelettiques. Lors d’une première étude nous avons mis en place un mode de stérilisation adapté aux EPS marins. Dans le but de développer des matrices tridimensionnelles physiquement et biologiquement compétentes nous avons démontré dans une deuxième étude que l’association d’EPS marins à un hydrogel auto réticulant à base d’hydroxypropyl méthylcellulose silanisée (HPMC-Si) permettait d’augmenter ces propriétés mécaniques. Une troisième étude plus approfondie sur la construction associant l’EPS GY785 à l’hydrogel d’HPMC-Si à montrer les capacités de cette matrice à favoriser la prolifération et le maintien du phénotype de chondrocytes articulaires de lapin tout en fournissant un microenvironnement adéquate pour la production d’une matrice extracellulaire cartilagineuse. Les résultats de ces travaux montrent l’intérêt des EPS marins en ingénierie tissulaire et plus particulièrement de l’EPS GY785 en ingénierie tissulaire du cartilage
Degenerative hurts of skeletal tissue affect an important part of the population and represent a major stake in health care. However, the therapeutic approaches for the repair of these tissues, suffer from numerous limitations. In this context, a multidisciplinary efforts has been done to develop alternative therapeutic solutions, leading to a new discipline; tissue engineering. This discipline has for objective to develop biological substitutes, by developing hybrid constructs associating three-dimensional matrices with cells. The goal of this thesis was to estimate the potential of two exopolysaccharides (EPS) from marine origin HE800 and GY785 in skeletal tissue engineering. During a first study, we set up a sterilization method adapted to marine EPS. Then, toward the development of physically and biologically competent 3 D matrices, we demonstrated in the second study that the association of EPS to a sililated hydroxypropyl methylcellulose (Si-HPMC) increases the mechanical properties of the scaffold. The third study deepened on the biological properties of the GY785/Si-HPMC scaffold on cartilage tissue engineering with rabbit articular chondrocytes (RAC). Results indicate the ability of this scaffold to maintain and to recover a chondrocytic phenotype as well as the production of cartilage-like extracellular matrix. The results of these works show the interest of marine EPS in tissue engineering and more particularly, the significance of GY785 EPS in cartilage tissue engineering

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Hadida, Mikhael. "Développement d'un système de culture perfusé pour l'élaboration de modèles de tissus osseux." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEM031.

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L’utilisation des modèles animaux reste la norme en biologie pour la recherche fondamentale comme pour les tests de nouveaux médicaments, mais présente de lourds désavantages éthiques, scientifiques et financiers. Pour ces raisons, certaines procédures biologiques s’orientent vers un changement de paradigme des modèles animaux vers les modèles in vitro de tissus et/ou d’organes miniaturisés générés à partir de cellules humaines. Pour l’heure, les modèles de tissus osseux restent rudimentaires, et l’influence des paramètres de culture sur le comportement cellulaire est globalement inconnue.Cette thèse a pour objectif de développer un système innovant de culture en trois dimensions perfuse permettant la culture maitrisée, standardisée et simplifiée de tissus osseux modèles fabriqués in vitro sur des supports de culture; exploitable notamment dans le cadre de la biologie exploratoire, de la recherché pharmaceutique ou des études précliniques. Le manuscrit s’articule autour d’une analyse critique de la littérature, de la conception du dispositif de culture et des stratégies de valorisation (brevet, projet européen) mises en place pour assurer la pérennité du projet
Animal models remain the “gold standard” in biology for both fundamental research and drug development. However, these models are also associated with heavy ethical, scientific and economic drawbacks. For those reasons, some biological procedures are headed towards a paradigm shift from animal testing to in vitro tissue and organ models. At the time, current bone tissue models remain rudimentary, and the exact influence of culture parameters on cell behavior is still mostly unknown.This aim of this thesis is the development of an innovating 3D perfused culture system, allowing the controlled, standardized and streamlined production of scaffold-based bone tissue models dedicated to fundamental biology, pharmaceutical and preclinical studies. The manuscript is built around a critical analysis of the literature, the resulting design process and the valorization strategies (patent, European project) developed to ensure the project continuity

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Amewoui, Ekoue-Adjoka Foli Noël. "Impact de l’opération de perçage sur l’intégrité des tissus osseux : modélisation et expérimentation." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0095.

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Abstract:

Le perçage de l’os est couramment pratiqué dans de nombreux types de chirurgie comme lors de la pose de vis d’ostéosynthèse et d’implants dentaires et cochléaires. Lors de l'opération de perçage, le chargement thermomécanique dû à l'interaction outil-os peut endommager les tissus osseux au voisinage de la zone de perçage. Ainsi, une augmentation significative de la température peut provoquer une ostéonécrose thermique. Il est donc important d'optimiser les conditions opératoires (vitesses de rotation et d'avance, géométrie du foret, stratégie de perçage...) afin de réduire les risques d'endommagement de l'os. Pour ce faire, il faut analyser et comprendre les effets des conditions de coupe sur les mécanismes contrôlant l'interaction foret-os. Les travaux de cette thèse ont pour objectif de contribuer à la compréhension de ces mécanismes en combinant une approche expérimentale avec de la modélisation numérique et analytique. L'étude expérimentale porte sur l’effet de la vitesse de coupe, de l’avance du foret et de la microstructure de la zone percée sur l’évolution des efforts de coupe (l'effort d'avance et le moment axial) et de l’augmentation de la température pendant le perçage d’un échantillon d’os porcin et de matériaux de tests biomécaniques (Sawbones). Ces derniers présentent l'avantage d'une microstructure uniforme par échantillon donné contrairement à l'os. Les modèles numériques de la coupe orthogonale et du perçage de l’os cortical sont développés en utilisant le code Eléments Finis ABAQUS/Explicit. L’objectif est d'analyser l’influence des lois de comportement et d’endommagement sur les prédictions du modèle (mécanisme de coupe, température et efforts de coupe). Afin de proposer une approche simplifiée, une modélisation analytique basée sur la théorie de la source mobile a également été proposée. La validation expérimentale a montré la pertinence des approches proposées ainsi que leurs limites
Bone drilling is commonly practised in various surgical operations for orthosynthesis screws insertion or placement of dental and cochlear implants. During bone drilling procedure, the thermomechanical constraints resulting from the tool-bone interaction can damage the bone tissues in the vicinity of the drilling area. Thus, a significant increase in temperature can cause thermal osteonecrosis. It is therefore important to optimize the operating conditions (spindle speed and feed rate, geometry of the drill, drilling operation strategy ...) in order to reduce the risk of damage to bone tissues. To do this, it is necessary to analyse and understand the effects of cutting conditions on the mechanisms controlling the drill-bone interaction. The present work aims to contribute to the understanding of these mechanisms by combining an experimental approach with numerical and analytical modelling. The experimental study investigates the effect of the cutting speed, feed rate of the drill and the microstructure of the drilled area on the resulting cutting forces (thrust force and axial torque) and temperature rise during the drilling of porcine bone specimens and biomechanical test materials (Sawbones). These materials have the advantage of a uniform microstructure per given sample unlike bone. Numerical models of orthogonal cutting and bone drilling are implemented using the Finite Element code ABAQUS / Explicit. The purpose of this development is to analyse the influence of bone constitutive and damage laws on the model predictions (cutting mechanism, temperature and cutting forces). In order to propose a simplified approach, an analytical modelling based on moving heat source theory is developed for predicting bone thermal response. The relevance and limits of the approach proposed is shown through experimental validation

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Wagner, Quentin. "Optimisation de dispositifs médicaux thérapeutiques implantables pour l'ingénierie tissulaire osseuse et cartilagineuse." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAJ114/document.

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Abstract:

Notre équipe a optimisé la formulation de dispositifs médicaux implantables pour l’ingénierie tissulaire osseuse et cartilagineuse. A ces fins, nous nous sommes basés sur des implants nanostructurés d’origine naturelle ou synthétique conçus au sein du laboratoire par la méthode d’électrospinning, pour imiter la matrice extracellulaire du compartiment osseux, et un hydrogel composé d’alginate et d’acide hyaluronique imitant la composition du compartiment cartilagineux. Dans une première partie de mon travail, pour la régénération osseuse, nous avons optimisé la formulation d’un implant nanostructuré à base de chitosane pour une accélération de cette régénération. Ceci a été possible en rendant actif ce dispositif médical implantable par incorporation de nanoparticules de silice, conférant à la construction nanocomposite des propriétés mécaniques accrues, et une excellente biocompatibilité avec le tissu hôte. Une autre étude pour la même visée a permis d’élaborer une nouvelle stratégie d’ensemencement de dispositif implantable synthétique et nanostructuré par des microtissus cellulaires, remplaçant un ensemencement de cellules isolées et permettant des performances de minéralisation accrues à l’intérieur de l’implant. Dans un deuxième temps, pour la régénération de l’unité ostéoarticulaire, nous avons proposé deux implants bi-compartimentés et hybrides comportant des microtissus de cellules souches mésenchymateuses. Ces implants sont composés d’un hydrogel contenant les cellules souches permettant la régénération du cartilage, et d’une membrane collagénique naturelle (Bio-Gide®) ou synthétique (membrane de polycaprolactone), dotée de nanoréservoirs (technologie brevetée par le laboratoire) de facteur de croissance ostéogénique (BMP-7) pour une régénération du socle osseux (os sous-chondral) de l’unité os-cartilage. La troisième partie de mon travail a concerné la vascularisation des implants osseux et particulièrement l’accélération du recrutement vasculaire. Dans ce cadre plus vasculaire, nous avons proposé une stratégie qui vise à doter un implant synthétique nanostructuré de facteur de croissance angiogénique (VEGF), puis à lui appliquer un ensemencement séquentiel de cellules mésenchymateuses adultes « ostéoblastes humains» et de cellules endothéliales humaines (HUVECs). Cette stratégie a permis un recrutement et une hiérarchisation accrue des cellules endothéliales dans l’implant. En conclusion, l’optimisation des implants développés au laboratoire permettra sans nul doute de proposer dans un futur proche de nouveaux dispositifs médicaux implantables (DMI) thérapeutique combinés de type DMI-MTI (Médicaments de Thérapie Innovante) pour l’ingénierie tissulaire osseuse et cartilagineuse en particulier en médecine régénérative ostéo-articulaire
Our team optimized the formulation of implantable medical devices for bone and cartilage tissue engineering. To that end, we based our work on nanostructured implants, either natural or synthetic, made in the laboratory by electrospinning process, to mimic bone extracellular matrix, and hydrogel of alginate/hyaluronic acid to mimic cartilage extracellular matrix. First, concerning bone regeneration, we optimized the formulation of a nanostructured scaffold composed of natural chitosan to enhance bone regeneration. This was made possible by doping this implantable medical device with silica nanoparticles, offering this nanocomposite better mechanical properties, and excellent biocompatibility with host tissue. Another study with the same aim allowed elaborating a new cell seeding strategy, to seed these implantable medical devices with cell microtissues instead of single cells, offering higher mineralisation efficiencies within the implant. Consequently, for the regeneration of the osteochondral unit, we proposed two compartmented and hybrid implants comprising mesenchymal stem cells microtissues. Those implants are made of a hydrogel containing the stem cells, allowing the regeneration of cartilage, and a membrane, either natural (collagenic Bio-Gide®) or synthetic (electrospun polycaprolactone) equipped with nanoreservoirs (technology patented by the laboratory) of osteogenic growth factor (BMP-7) for the regeneration of osseous stand (the subchondral bone) of the bone-cartilage unit. Finally, to study the improvement in vascular recruitment, we proposed a new strategy combining the modification of an implantable device with angiogenic growth factor (VEGF), prior to its sequential seeding with mesenchymal cells “human osteoblasts” and human endothelial cells (HUVECs). This strategy allowed higher recruitment and structuration of endothelial cells within the implant. To conclude, the implant optimisation strategies developed in the laboratory will certainly allow proposing in the near future new combined Advanced Therapy Medicinal Products (ATMPs) and Implantable Medical Device for bone and cartilage regeneration, in particular in the field of osteoarticular regenerative nanomedicine

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Nikel, Ondr̆ej. "Rôle de l'ostéopontine et de l'ostéocalcine à l'interface organique-inorganique dans les tissus osseux." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20219/document.

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Abstract:

Avec l'âge, les propriétés mécaniques des os se détériorent, conduisant à un risque accru de fracture. Bien que les mesures de densité minérale osseuse permettent de prédire, dans une certaine mesure, ces risques, elles restent insuffisantes dans un grand nombre de cas. Une compréhension plus complète des différents facteurs permettant de définir la « qualité » d'un os est donc souhaitable. Il est connu que la résistance à la fracture de tissus osseux est affectée non seulement par la glycosylation non-enzymatique du collagène, mais aussi par des protéines non collagéneuses comme l'ostéocalcine (OC) et l'ostéopontine (OPN). Cependant, le rôle structural de ces deux protéines dans l'os est mal connu, de même que la façon dont elles contribuent aux propriétés mécaniques globales. L'objectif de cette thèse est donc de répondre à ces deux points. Un modèle synthétique a ainsi été développé pour élucider quelles sont les interactions-clés gouvernant l'interaction de l'OC et l'OPN avec la phase minérale osseuse. Par ailleurs, en utilisant des os de souris génétiquement modifiées (déficientes en OC et/ou OPN), des études RMN solide ont été menées, pour élucider le rôle de l'OC et l'OPN à l'interface organique-inorganique. Leur lien avec les propriétés mécaniques a aussi été étudié en détail, via des tests de rupture, de fatigue et de fluage. Les résultats obtenus montrent que l'OC et l'OPN ont un rôle structural important dans les tissus osseux, et qu'elles contribuent aux propriétés mécaniques par le biais de leurs interactions ioniques, au niveau des interfaces entre les fibrilles de collagène minéralisés
The decrease in bone mechanical properties occurs with age. The associated fragility fractures present a global public health concern. The use of bone mineral density as a predictor of risk of fracture is, however, limited. A more comprehensive understanding of bone quality and its link to bone fragility is thus desirable. Besides the brittleness caused by nonenzymatic glycation of collagen, bone fracture resistance is also influenced by noncollagenous components such as osteocalcin (OC) and osteopontin (OPN). The structural role of OC and OPN in bone and how they contribute to mechanical properties is however unclear. The objective of this thesis is to elucidate these two aspects. Key interactions associated with the binding of OC and OPN to bone mineral were studied in a synthetic model. Using genetically modified animal model lacking OC and/or OPN, the role of OC and OPN in organic-inorganic interface was examined by solid state NMR, and their link to mechanical properties was studied via a series of tissue level mechanical tests, measuring fracture toughness, creep, or fatigue. Based on the results obtained, it is concluded that OC and OPN are present as structural elements in bone and contribute to tissue mechanical properties via ionic interactions at the interfaces between mineralized fibrils

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Bessot, Elora. "Structuration en 3D de phases cristal-liquides pour la formation biomimétique de tissus osseux." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS161.

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Abstract:

L’os est un matériau hybride qui associe une trame organique dense et organisée de fibrilles de collagène et un réseau minéral d’hydroxyapatite. La formation de ce matériau hiérarchisé a été souvent étudié biologiquement. Comment l'étudier d’un point de vue physico-chimique et ainsi pouvoir reproduire l’organisation à l’échelle suprafibrillaire ? Nous proposons d’identifier ces paramètres en appliquant in vitro des contraintes aux mésophases du collagène afin de contrôler l’arrangement spatial 3D des domaines orientés. Des chambres microfluidiques mimant l’os compact et des procédés d’émulsion mimant l’interaction os spongieux-moelle osseuse ont été utilisés. Ces modèles ont permis de mettre en évidence l’implication, notamment, du confinement, du flux en collagène et de la géométrie du réseau dans l’organisation fibrillaire résultante. Les techniques de microscopies révèlent que ces organisations biologiques sont issues de la texturisation des mésophases du collagène à l’échelle macroscopique grâce à l’observation de défauts inhérents à la géométrie des tissus. Cette étude ouvre des perspectives dans la compréhension des mécanismes physico-chimiques et l’organisation des domaines anisotropes in vivo intervenant dans la morphogénèse et la biominéralisation. Elle ouvre des perspectives pour l’ingénierie tissulaire afin de réparer de larges défauts et favoriser l’ostéoinduction
Bone is a hybrid material that combines a dense and organized organic matrix of collagen fibrils and a mineral network of hydroxyapatite. The formation of this hierarchical material has often been studied biologically. How to study it from a physicochemical point of view and thus be able to reproduce the organization at the suprafibrillar scale? We propose to identify these parameters by applying in vitro constraints to the mesophases of collagen in order to control the 3D spatial arrangement of the oriented domains. Microfluidic chambers mimicking compact bone and emulsion methods mimicking the cancellous bone-bone marrow interaction were used. These models made it possible to highlight the involvement, in particular, of confinement, collagen flow and network geometry in the resulting fibrillar organization. Microscopy techniques reveal that these biological organizations result from the texturization of collagen mesophases on a macroscopic scale through the observation of defects inherent in the geometry of the tissues. This study opens up perspectives in the understanding of the physicochemical mechanisms and the organization of in vivo anisotropic domains involved in morphogenesis and biomineralization. It opens up prospects for tissue engineering to repair larger defects and promote osteoinduction

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Miguel, Martínez de Aragón Laura de. "Nanoparticules multifonctionnelles de PBLG destinées au ciblage et à la délivrance d’anticancéreux aux tissus osseux." Thesis, Paris 11, 2013. http://www.theses.fr/2013PA114829/document.

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Des nanoparticules multifonctionnelles polymères, préparées par auto-assemblage de plusieurs dérivés du poly (L-glutamate de gamma-benzyle) (PBLG), ont été conçues afin d’assurer le ciblage des tissus osseux et la libération contrôlée de molécules actives. Des propriétés d'attachement aux tissus osseux leur ont été conférées par la présentation en surface de différents ligands ostéotropes, l'alendronate et l' acide poly(glutamique), seuls ou en combinaison. Leur affinité pour les tissus osseux a été évaluée in vivo ainsi que leur distribution fine dans ces tissus. Par ailleurs, des propriétés anticancéreux ont été conférées aux nanoparticules grâce à un mécanisme originale d’association du cisplatin par complexation. Le procédé mis en œuvre permet d’obtenir des cinétiques de libération très progressives de dérivés actifs du platine et déclenchée par la présence des ions chlorure. Enfin, leur cytotoxicité a été mesurée. Cette stratégie constitue donc une approche prometteuse en vue d’améliorer le traitement des métastases osseuses
Multifunctional bone targeted polymeric nanoparticles prepared by self-assembly of several poly(gamma-benzyl-L-glutamate) (PBLG) derivates have been developed. Their bone binding properties were provided by two different osteotropic moieties, alendronate or/and poly(glutamic acid) exposed on the nanoparticle surface. Their affinity for bone tissues has been evaluated in vitro, ex vivo and in vivo, including their detailed distribution in bone tissues structures. Further, in view of bone cancer therapeutics, nanoparticles were provided with anticancer properties thanks to the complexation of cisplatin, which leaded to very well controlled release properties. Finally, cytotoxicity were studied. Therefore, this strategy constitute a promising approach for the improvement of bone cancer therapeutics

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Bosc, Romain. "Impact des tissus mous sur les méthodes acoustiques d’évaluation de la stabilité des implants osseux." Thesis, Paris Est, 2018. http://www.theses.fr/2018PESC0009.

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Abstract:

Ce travail porte sur l’étude du comportement biomécanique d’un modèle cadavérique et d’un modèle in vitro de l’arthroplastie totale de hanche. Nous avons cherché à mettre en relief et à étudier des paramètres qui pouvaient nous permettre de disposer d’une méthode d’analyse objective de la stabilité de l’implant acétabulaire. La première partie décrit le contexte de l'étude. Nous avons insisté sur les différentes méthodes d’analyses qui permettent d’analyser la stabilité d’un implant osseux. En effet, malgré l’utilisation quotidienne des implants, le taux d’échec d’ostéointégration reste élevé. Ces échecs s’accompagnent d’une morbidité importante et d’un surcout notable. Parmi les causes d’échec identifiées, le descellement aseptique de la cupule acétabulaire dans l’arthroplastie de hanche peut être lié à un défaut de stabilité primaire, non obtenu lors de l’intervention chirurgicale. Il a été montré que le descellement de la cupule acétabulaire pouvait résulter d'une faible stabilité primaire entre la cupule et l'os l'entourant. Les chirurgiens qui pratiquent l’arthroplastie de hanche évaluent de manière empirique la stabilité obtenue ou non de l’implant acétabulaire en écoutant le son produit lorsqu'ils impactent la cupule ou à leur ressenti en la manipulant. Une méthode d'estimation de la stabilité primaire pourrait permettre au chirurgien orthopédique de mieux appréhender la stabilité des implants qu’il pose au bloc opératoire. L'objet principal de ce travail de thèse était ainsi d'étudier les signaux d'impacts sur le cotyle prothétique. Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude de l'insertion de la cupule par impacts sur un modèle cadavérique (sujets anatomiques de l’école de chirurgie du fer à moulin) dans des conditions proches de celle de l'opération en clinique. Une corrélation a été trouvée entre le moment d'impact et la stabilité (R2=0.69). Cette étude expérimentale a ainsi montré le potentiel de la méthode de traitement des signaux d'impact dans la prédiction de la stabilité primaire de la cupule acétabulaire. Mais nous avons observé des modifications entre les signaux obtenus sur les différents sujets. Nous avons posé comme hypothèse que ces modifications étaient liées à la variation des tissus mous entre chaque sujet. Le troisième volet de cette thèse a donc porté sur l’analyse du comportement biomécanique de notre modèle en présence d’une quantité plus ou moins importante de muscle.Nous avons utilisé à nouveau le modèle in vitro que nous avions développé et avons ajouté dans le système d’impaction des tranches de poitrine de dinde d’épaisseur variable. Le but de cette seconde étude était d’intégrer le paramètre lié à l’existence d’une épaisseur variable de tissus mous dans l'interaction dynamique entre le marteau, l'ancillaire (et la cupule) et le tissu osseux lors de l'insertion. La valeur de la moyenne et de l’écart-type de l'indicateur Im obtenues pour tous les échantillons et toutes les configurations pour une valeur d’épaisseur des tissus mous égale à 10 mm (respectivement 30 mm) étaient égales à 0,592 ± 0,141 (respectivement 0,552 ± 0,139). L’analyse statistique a montré qu'il n'y avait pas eu d'effet significatif de la valeur de l’épaisseur des tissus mous sur les valeurs de l'indicateur Im (F = 3,16; p = 0,08). Malgré les limitations évidentes d’une étude in vitro sur un modèle partiel d’arthroplastie totale de hanche, ces résultats, ainsi que les résultats précédents obtenus sur les sujets anatomiques, montrent la faisabilité du développement d'un dispositif médical dédié à l'estimation de la stabilité de l'implant acétabulaire et qui pourrait être utilisé comme système d'aide à la décision par le chirurgien orthopédique
Abstract:This work studies the biomechanical behavior of a cadaveric model and an in vitro model of total hip arthroplasty. We sought to highlight and study parameters that could allow us to have a method of objective analysis of the stability of the acetabular cup implant.The first part describes the context of the study. We have emphasized the different methods of analysis that make it possible to analyse the stability of a bone implant. Indeed, despite the daily use of implants, the failure rate of osseointegration remains high and failures still happen due to inadequate mechanical behavior of the prosthesis.Among the identified causes of failure, aseptic loosening of the acetabular cup after hip arthroplasty may be related to a primary defect in stability, not achieved during the surgical procedure. It has been shown that loosening of the acetabular cup may result from poor primary stability between the prosthetic cup and the surrounding bone.A method of estimating primary stability could allow the orthopaedic surgeon to better control the stability of the implants he poses in the operating room.The main purpose of this thesis work was to study the impact signals on the prosthetic acetabulum.Firstly, we carried out a study of the insertion of the cup by impacts on a cadaveric model. A correlation was found between impact time and stability (R2 = 0.69). This experimental study has thus shown the potential of the impact signal processing method in predicting the primary stability of the acetabular cup. But we observed changes between the signals obtained on the different subjects. We hypothesized that these changes were related to soft tissue variation between subjects.The third part of this thesis focused on analysing the biomechanical behavior of our model in the presence of soft tissues.We used again the in vitro model that we had developed and added in the impaction system turkey slices of varying thickness.The purpose of this second study was to integrate the parameter related to the existence of a variable thickness of soft tissues in the dynamic interaction between the hammer, the ancillary (and the cup) and the bone tissue during the insertion. The mean and standard deviation of the Im indicator obtained for all samples and configurations at a soft tissue thickness value of 10 mm (30 mm) was 0.592 ± 0.141, (respectively 0.552 ± 0.139). Statistical analysis showed that there was no significant effect of the value of soft tissue thickness on the values of the Im indicator (F = 3.16, p = 0.08). Despite the obvious limitations of an in vitro study on a partial model of total hip arthroplasty, these results, as well as the previous results obtained on anatomical subjects, show the feasibility of developing a medical device dedicated to estimating the stability of the acetabular implant and which could be used as a decision support system by the orthopaedic surgeons

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Pierre, Julien Oddou Christian. "Analyse théorique de bioréacteurs et d'implants utilisés en génie tissulaire osseux et cartilagineux." Créteil : Université de Paris-Val-de-Marne, 2007. http://doxa.scd.univ-paris12.fr:80/theses/th0405095.htm.

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Pierre, Julien. "Analyse théorique de bioréacteurs et d'implants utilisés en génie tissulaire osseux et cartilagineux." Paris 12, 2007. http://www.theses.fr/2007PA120038.

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Abstract:

Ce travail traite des problématiques liées à la culture d'organoïdes osseux ou cartilagineux cultivés sous processus de perfusion. Ces procédés sont susceptibles d'améliorer significativement le développement tissulaire par l'application de stimuli mécaniques, par l'augmentation du transport de nutriments et d'oxygène, ou par une combinaison de ces phénomènes. Plusieurs modèles mathématiques établis en une, deux ou trois dimensions décrivznt, à l'échelle de l'organoïde eu de ses pores tapissés d'une couche cellulaire, les conditions de culture en terme d'oxygénation et de contraintes de cisaillement générées par l'écoulement du liquide nutritif. Les échelles de temps prises en comptent varient, selon les modèles, de l'heure à la semaine. Dans certaines conditions de culture, les résultats obtenus suggèrent que les conditions environnementales "ressenties" par les cellules sont susceptibles d'être significativement différentes des conditions relevées à l'échelle de l'organoïde. Expérimentalement, il est à l'heure actuelle difficile, voire impossible, de cultiver des organoïdes osseux de grandes dimensions sous processus de perfusion axiale. Selon les résultats obtenus, ces difficultés pourraient être en partie liées à un paradoxe voulant que l'amélioration des conditions de culture, d'un point de vue mécanique, se fasse au détriment des conditions d'oxygénation cellulaire (et inversement). Enfin, les conditions d'oxygénation lors de la culture d'organoïdes cartilagineux sont analysés dans le but de mieux caractériser leur processus d'obtention et de suggérer de futures études expérimentales
This work aims to better understand the perfusion cultures of bony and cartilaginous tissue engineered implants. Perfusion culture processes may improve tissue development via enhanced transport of nutrients or gases as well as the application of mechanical stimuli, or a combination of these factors. Several mathematical models are established in one, two or three dimensions at the length scale of the implant or of its pores. This models describe the culture conditions in terms of oxygenation and flow generated shear stresses. According to the considered biological phenomena, the time scale varies from few hours to one week. Depending on the culture conditions, results suggest that the local conditions "experienced" by the cells could be significantly different from the conditions obtained at the implant length scale. Experimentally, the culture of "large" bony implants under axial perfusion process remains difficult or impossible. The results suggest that such experimental difficulties could be partially explained by a paradox : the improvement of mechanical culture conditions is done to the detriment of the cell oxygenation (and conversely). At last, the oxygenation conditions of cartilaginous implants are analyzed in order to better characterize their culture process and to suggest future experimental work

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Toure, Amadou. "Contribution au développement de substituts osseux auto-réticulants en ingénierie tissulaire osseuse maxillo-faciale." Thesis, Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018NANT1044/document.

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Abstract:

Les pertes de substance osseuses cranio-maxillo-faciales nécessitent une réhabilitation des fonctions manducatrices, l’esthétique et le psychisme. La greffe osseuse autologue (GOA) reste le « gold standard » mais peut-être associer à une morbidité du site donneur; d’où la nécessité d’une alternative. L’utilisation de produits d’ingénierie tissulaire osseuse (ITO) demeure un challenge pour cliniciens et les chercheurs. Leur succès dépend essentiellement de l’interaction entre le biomatériau support, les morphogènes utilisés. Les stratégies d’ITO,médiées par la BMP2, présentent des limites. Pour y remédier, différents systèmes de délivrance des protéines sont étudiés ou testés. Ce travail contribue au développement d’un substitut osseux auto-réticulant (SOAR), améliorant l’efficacité locale de BMP2 et la régénération de perte de substance osseuse. Pour ce faire, nous développons un biomatériau composite constitué de phosphate de calcium biphasé (BCP) et d’un hydrogel d’hydroxypropyle-méthylecellulose silanisé (HPMC-Si). L’hypothèse est que le relargage progressif de BMP2 induirait la régénération osseuse sans engendrer d’effets indésirables. Les résultats obtenus permettent de considérer ce biomatériau composite comme une alternative à la greffe.des investigations supplémentaires, pour une meilleure efficacité et sécurité, s’avèrent nécessaires en vue d’un transfert en clinique humaine
Cranio-maxillofacial bone loss requires rehabilitation of the manducatory functions and aesthetics. Autologous bone graft (ABG) remains the gold standard but may be associated with donor site morbidity; hence the need for an alternative. The use of bone tissue engineering (BTE) products remains a challenge for clinicians and researchers.Their success depends essentially on the interaction between the biomaterial and the morphogens used. BTE strategies, mediated by BMP2, have limitations. To remedy this, different protein delivery systems are studied or tested. This work contributes to the development of a self-crosslinking bone substitute (SCBS), improving the local efficiency of BMP2 and the regeneration of bone loss. Therefor, we develop a composite biomaterial consisting of two phases, calcium phosphate granules (BCP) and a silanized hydroxypropyl-methylcellulose hydrogel (Si-HPMC). The hypothesis is that the gradual release of BMP2 induces bone regeneration without causing any undesirable effects. The results obtained make it possible to consider this composite biomaterial as a promising alternative to grafting. Additional investigations, for better efficiency and safety, are needed for a transfer to human clinic

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Kesse, Xavier. "Elaboration de nanoparticules magnétiques et bioactives pour le traitement du cancer et la régénération de tissus osseux." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC066.

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Abstract:

La plupart des patients atteints de cancer développent également des métastases osseuses dues à la migration des cellules tumorales primaires. L’extraction de la masse tumorale par une intervention chirurgicale fait partie des traitements classiques utilisés en milieu clinique, néanmoins elle détériore considérablement la qualité de vie du patient. Dans un tel contexte, il est donc nécessaire d’améliorer cette thérapie afin de minimiser les inconvénients qui y sont associés. Nous proposons l’élaboration d’un biomatériau multifonctionnel, constitué de verre bioactif et de nanoparticules magnétiques en vue de combiner les effets bénéfiques de la régénération osseuse et de la destruction des cellules cancéreuses par hyperthermie magnétique. En effet, après implantation de ces particules dans le défaut osseux généré par l’exérèse de la masse tumorale, la production de chaleur sous champ magnétique alternatif pourrait détruire les cellules cancéreuses restantes ou résurgentes, puis le verre bioactif induirait la minéralisation osseuse dans la cavité. Dans une première partie, l’influence des paramètres de synthèse (voie sol-gel) sur la composition et les propriétés texturales de nanoparticules bioactives (SiO2-CaO) a été étudiée. L’impact de la composition sur leur bioactivité a ensuite été évalué. Dans une deuxième partie, des nanoparticules à structure cœur-coquille composées de maghémite (γ-Fe2O3) et de verre bioactif (SiO2-CaO) ont été synthétisées et caractérisées. Les bonnes performances en termes de pouvoir chauffant (SAR) et de bioactivité des hétérostructures γ-Fe2O3@SiO2-CaO ouvrent la voie pour leur utilisation pour le traitement des tumeurs osseuses
Most patients suffering of cancer develop bone metastases because of the migration of primary tumors cells. Surgical extraction is one of the commonly used therapies in clinical settings but deteriorates significantly the patient quality of life. In this context, it is needed to improve this therapy to minimize its side effects. We propose to design a new kind of multifunctional biomaterial, composed of bioactive glass and iron oxide nanoparticles to combine the benefits of bone regeneration and destruction of cancerous cells through magnetic hyperthermia. Indeed, these particles could be implanted into the cavity originating from the tumor removal, and the heat produced by the magnetic particles in an alternative magnetic field would destroy selectively the remaining or resurgent cancerous cells. Finally, the bioactive glass would induce the bone regeneration in the cavity. In a first part of this work, the influence of the synthesis parameters (sol-gel process) on the composition and the textural properties of bioactive nanoparticles (SiO2-CaO) have been studied. The impact of their composition on their bioactivity has then been investigated. In a second part, core/shell nanoparticles composed of maghemite (γ-Fe2O3) and bioactive glass (SiO2-CaO) have been synthesized and characterized. The good performances in terms of heating power (SAR) and bioactivity of the γ-Fe2O3@SiO2-CaO heterostructures pave the way to their use for bone cancer treatment

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Lalande, Charlotte. "Développement d'un nouveau produit d'ingenierie tissulaire osseuse à base de polymères et de cellules souche du tissu adipeux." Thesis, Bordeaux 2, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR21853/document.

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Abstract:

L’ingénierie du tissu osseux vise à concevoir un substitut tissulaire associant des cellules ostéoprogénitrices à une matrice tridimensionnelle capable de promouvoir la reconstruction osseuse, ouvrant la voie au développement de thérapeutiques substitutives à la pratique de la greffe dont les limitations sont bien connues.Le but de ce travail a été de développer un nouveau produit d’ingénierie tissulaire (PIT) destiné à la régénération osseuse constitué i) d’une matrice tridimensionnelle poreuse constituée de polysaccharides naturels biodégradables, ii) de cellules souches adultes issues du tissu adipeux humain (ADSCs) et d’identifier les conditions de culture optimales permettant le développement d’un produit fonctionnel pour une utilisation clinique. Nos résultats montrent que l’architecture et la composition de la matrice macroporeuse polysaccharidique permet de guider la différenciation ostéoblastique des ADSCs, en l’absence de facteurs ostéogéniques, et notamment en conditions de culture dynamique, grâce à l’organisation cellulaire en agrégats promouvant les interactions cellulaires. Les ADSCs peuvent être marquées à l’aide de nanoparticules superparamagnétiques et suivies in vivo de façon non invasive par imagerie par résonnance magnétique (IRM) au sein des matrices après leur implantation en site sous-cutané chez la souris. Les images IRM montrent que le matériau permet de délivrer une partie des cellules au niveau du site d’implantation participant probablement à un processus de réparation tissulaire. Enfin, en vue d’applications cliniques, un milieu de culture sans sérum répondant aux conditions GMP (Good Manufacturing Practices) pour la différenciation ostéoblastique a été développé par un industriel et validé au cours de ce travail de thèse.En conclusion de ces travaux, l’association d’une matrice macroporeuse composée de polysaccharides avec des ADSCs dans des conditions de culture spécifiques, en conditions dynamiques, semble pertinente et prometteuse pour des applications cliniques en ingénierie du tissu osseux
Bone tissue engineering may associate osteoprogenitor cells to a tridimensional scaffold that can promote tissue reconstruction in order to replace bone grafting strategies whose limitations are well known. This study aims to develop a new tissue-engineered construct for bone regeneration constituted by i) a tridimensional polysaccharide-based scaffold, ii) adult stem cells extracted from human adipose tissue and identify the best culture conditions needed to develop a functional construct for clinical use. Our results show that this macroporous scaffold offers, without any osteoinductive factors, a suitable architecture and composition for driving osteoblastic differentiation of ADSCs especially when placing the tissue-engineered construct in dynamic conditions, thanks to cell aggregate conformation promoting cell-to-cell interactions. Thanks to ADSCs labeling, the tissue-engineered construct can be tracked in vivo in a non invasive way by magnetic resonance imaging (MRI), after their subcutaneous implantation. Results evidenced that this scaffold behaves as a cell carrier for of holding in its own cell fraction and delivering another fraction to the site of implantation for inducing a better tissue regeneration process. Finally, a serum free medium meeting standards GMPs (Good Manufacturing Practices) has been developed for inducing ADSCs osteoblastic differentiation as a first step towards clinical application.In conclusion, this polysaccharide-based scaffold associated with ADSCs, cultured under low fluid flow in a new bioreactor device, could be a relevant and promising tissue engineered construct for bone tissue engineering applications

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Jacobs, Aurélie. "Dopage et mise en forme de biocéramiques apatitiques pour applications en ingénierie tissulaire osseuse." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2020. http://www.theses.fr/2020CLFAC062.

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Abstract:

Les solutions de greffes osseuses actuelles sont limitées en termes de quantité et de qualité c’est pourquoi l’utilisation de substituts osseux synthétiques est en développement. La gestion du risque d’infection lors de l’implantation d’un biomatériau est primordiale, d’autant plus avec la propagation de l’antibiorésistance qui représente un problème majeur de santé publique. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail. Pour cela des biocéramiques de phosphates de calcium biphasiques (BCP), qui sont des substituts osseux de choix du fait de leur forte similarité chimique avec la partie minérale de l’os et de leur biocompatibilité, ont été synthétisées par voie sol-gel et par précipitation en voie aqueuse. Une de leur particularité est de pouvoir accepter des substitutions ioniques dans leur composition, c’est pourquoi des dopages aux ions cuivre ont été réalisés, ainsi qu’à l’argent et à l’or afin d’étudier les mécanismes d’incorporation de ces ions dans les BCP. Ces 3 éléments métalliques ont été choisis pour leur propriétés antibactériennes très intéressantes dans le contexte de cette étude. Les BCP dopés au cuivre, sous forme de poudres (synthèse sol-gel) et de pastilles (synthèse par précipitation en voie aqueuse), ont été étudiés afin de s’assurer de leur biocompatibilité envers des cellules souches mésenchymateuses humaines. Ensuite les propriétés antibactériennes de ces matériaux ont été évaluées sur des souches d’intérêts cliniques : S. aureus, S. aureus résistant à la méthicilline, E. coli et P. aeruginosa. Ce travail a permis de mettre en évidence différents mécanismes d’incorporation des ions avec notamment la présence de nanoparticules métalliques pour les dopages à l’argent et à l’or.Pour les BCP dopés au cuivre les paramètres de synthèse des matériaux (températures de recuit et taux de dopage) influencent la composition biphasique des matériaux et le taux de relargage du cuivre. Les poudres obtenues par voie sol-gel et les pastilles synthétisées par précipitation en voie aqueuse ne présentent aucune cytotoxicité envers les cellules osseuses humaines après plusieurs jours de culture. Les poudres de BCP dopées au cuivre ont démontré des propriétés antibactériennes après 24h de culture envers S. aureus, S. aureus résistant à la méthicilline, et E. coli et les pastilles de BCP dopées au cuivre ont montré une activité antibactérienne envers les 4 souches testées
Current bone grafting solutions are limited in terms of quantity and quality, that is why the useof synthetic bone substitutes is on development. Managing the risk of infection during theimplantation of a biomaterial is essential, especially with the spread of antibiotic resistance,which represents a major public health problem. It is in this context that this work takes place.For this, bioceramics of biphasic calcium phosphates (BCP), which are bone substitutes ofchoice because of their strong chemical similarity with the mineral part of the bone and theirbiocompatibility, were synthesized by the sol-gel route and by aqueous precipitation. One oftheir particularity is that they can accept ionic substitutions in their composition, which is whydoping with copper ions was carried out, as well as with silver and gold in order to study themechanisms of incorporation of these ions in BCPs. These 3 metallic elements were chosenfor their very interesting antibacterial properties in the context of this study. Copper-dopedBCPs, in the form of powders (sol-gel synthesis) and disks (synthesis by aqueousprecipitation), have been studied to ensure their biocompatibility with human mesenchymalstem cells. Then the antibacterial properties of these materials were evaluated on strains ofclinical interest: S. aureus, methicillin resistant S. aureus, E. coli and P. aeruginosa.This work allowed highlighting different mechanisms of ions incorporation, in particular with thepresence of metallic nanoparticles for doping with silver and gold. For copper-doped BCPs,the material synthesis parameters (annealing temperatures and doping rate) influence thebiphasic composition of the materials and the copper release rate. The powders obtained bythe sol-gel route and the disks synthesized by aqueous precipitation do not exhibit anycytotoxicity towards human bone cells after several days of culture. The copper-doped BCPpowders demonstrated antibacterial properties after 24 hours of culture against S. aureus, S.aureus resistant to methicillin, and E. coli and the copper-doped BCP disks showedantibacterial activity against the 4 strains tested

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Ehret, Camille. "Rôle du strontium en ingénierie tissulaire osseuse pour le développement d’une matrice composite de polysaccharides : application à la technique de Masquelet." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0690/document.

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Abstract:

La reconstruction de lésions osseuses complexes reste un défi dans le domaine de la chirurgie orthopédique et maxillo-faciale. A ce jour, la technique de référence reste la greffe d’os autologue. Cependant cette technique présente de nombreuses limites (risque d’infection, morbidité au site de prélèvement). Dans ce contexte, l’ingénierie tissulaire peut apporter des solutions de reconstruction innovantes. En effet l’utilisation de matrices ostéoconductrices et ostéoinductrices permettrait de remplacer l’autogreffe. Le premier objectif de ce travail a été de mettre au point une matrice de polysaccharides, contenant des particules d’hydroxyapatite (HA) dopées avec du strontium (Sr), afin de stimuler à la fois la régénération osseuse, mais également l’angiogenèse. Les résultats obtenus in vitro et in vivo nous ont permis d’optimiser la formulation de cette matrice, en termes de quantités de particules d’hydroxyapatite dopées par différents taux de substitution en strontium, dispersées au sein de la matrice. La deuxième partie de ce travail a été consacrée à l’application de cette matrice à la technique de Masquelet afin de remplacer l’utilisation de l’autogreffe. Cette procédure chirurgicale en deux temps, basée sur la formation d’une membrane induite, est utilisée fréquemment en chirurgie orthopédique et maxillo-faciale. Le premier temps opératoire utilise un ciment chirurgical, le (poly(méthyl)méthalcrylate, PMMA) qui entraîne la formation d’une membrane induite vascularisée. Notre travail a été de remplacer ce ciment par du silicone et d’étudier l’influence de la radiothérapie sur la qualité et la fonction de la membrane ainsi formée. Les premiers essais d’évaluation de cette matrice ont été réalisés chez le rat après résection segmentaire du fémur, suivie d’une procédure de radiothérapie. Les perspectives de ce travail sont d’évaluer la performance de cette matrice dans une lésion mandibulaire de grand volume, après irradiation, chez le gros animal
Reconstruction of large and complex bone defects remains a challenge for orthopaedic and maxillo-facial surgery. The gold standard strategy for bone reconstruction is the autologous bone graft. However, this approach still exhibits some limitations (infection risks, morbidity at the donor site). In this context, tissue engineering can provide innovative solutions for bone reconstruction. Indeed, the use of osteoconductives and osteoinductives matrices could replace autograft. Based on previous data obtained by our laboratory, the first objective of this work was to develop a composite matrix of polysaccharides containing hydroxyapatite (HA) particles doped with strontium (Sr), to stimulate both bone formation and angiogenesis. In vitro and in vivo results allow us to optimize the amount of HA particules and the ratio of Sr-substitution within the polysaccharide-based matrix. The second part of this work was to apply this biomaterial in the context of Masquelet approach. These two time procedure surgery, based on the formation of an induced membrane, is commonly used in orthopaedic and maxillo-facial surgery. The first chirurgical step uses a surgical cement (poly(methyl)methalcrylate, PMMA) to promote around it the formation of a vascularized membrane. Our work was to replace this cement by silicone and to study the influence of radiotherapy treatment on the quality and the function of this induced membrane. The first preclinical evaluation of this matrix has been performed on a rat femoral segmental bone defect, followed by a radiotherapy procedure. The perspectives of this work are to evaluate the performances of this matrix on irradiated segmental mandibular bone defect in large animal

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Decool, Jean. "Recherches expérimentales sur la formation des tissus minéralisés : mise en évidence du rôle mnémonique des matrices extra-cellulaires." Lille 1, 1985. http://www.theses.fr/1985LIL10027.

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Abstract:

La différenciation cellulaire est le résultat de la transmission d'une information issue du génome qui à travers le cytoplasme peut modifier la morphologie cellulaire et favoriser la synthèse de protéines spécifiques. Nos recherches tentent de démontrer que l'information peut être reconnue dans les matrices exta-cellulaires issues du cytoplasme. Au moyen de transplantations, dans le tissu conjonctif ou à l'intérieur de l'os de souris, de matrices extra-cellulaires d'os, de dentine ou d'émail humain, seules ou en association, on obtient la formation d'os, d'ostéodentine, d'orthodentine et d'émail ; ces tissus sont accompagnés de fibrillogenèse. Le tissu conjonctif est capable de modifier les matrices issues de la dentine, et le tissu épithélial est capable de modifier les matrices issues de l'émail. Les matrices extra-cellulaires excercent un chimiotactisme sur les cellules conjonctives. La présence de cellules épithéliales semble indispensable à l'obtention d'orthodentine ou d'émail.

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Verezhak, Mariana. "Caractérisation multi-échelle du minéral osseux : apport de l'imagerie structurale par contraste de diffraction des rayons X et d'électrons." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY070/document.

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Abstract:

Le tissu osseux est un matériau composite biologique principalement constitué de molécules de collagène, de nanocristaux minéraux et d'eau et qui est organisé en plusieurs niveaux hiérarchiques dont les dimensions caractéristiques s’étendent sur plus de 8 ordres de grandeur. Une compréhension fondamentale de l’organisation de la structure minérale du tissu osseux aux différentes échelles représente un enjeu important pour la communauté biomédicale. Pour répondre à cette demande, nous avons appliqué de nouvelles méthodes actuellement en développement pour la science des matériaux afin de caractériser la phase minérale: l’imagerie par diffraction cohérente des rayons X (CXDI), par la microscopie électronique à transmission avec cartographie d'orientation cristalline automatisée (ACOM-TEM) et l’analyse de la fonction de distribution de paires (PDF) des diagrammes de diffraction des rayons X.Le tissu osseux a été étudié depuis l’échelle de l’angström, pour l’arrangement atomique, en tenant compte de la composition chimique et des variations de longueur des liaisons interatomique, en passant par l'organisation individuelle des cristaux (et entre cristaux), jusqu’à leur organisation à l’échelle du micron avec une résolution nanométrique, permettant également de résoudre la structure de la nano porosité du tissu.Les preuves de principe ont été réalisées sur un modèle bovin et en utilisant des os traités thermiquement pour tester l'applicabilité et la sensibilité des différentes méthodes. En outre, ces résultats sont d'un intérêt direct pour l'archéologie, l'anthropologie et la science médico-légale. De plus, nos premières études réalisées sur des tissus osseux humains affectés par diverses pathologies ont permis de montrer que les différences structurales induites par les pathologies peuvent être détectées à l’échelle du cristal.La description de la préparation des échantillons, les configurations expérimentales et les analyses de données pourraient, ainsi, être appliquées à d'autres tissus osseux, ex. avec un degré différent de maturation ou de différentes espèces. Les tissus de structure et composition similaires aux os tels que la dentine ou le bois de rennes, ainsi que des matériaux poreux inorganiques multi-échelles pourraient également être analysés avec les protocoles proposés.Comprendre les caractéristiques nanostructurales du tissu osseux est donc indispensable afin d’identifier des marqueurs structuraux clés des pathologies de l'os humain. Cette stratégie pourra avoir un impact sur les futurs développements de nouveaux outils pour le diagnostic ou pour évaluer l'efficacité des thérapies pharmaceutiques actuelles
Bone tissue is a biological composite material organized in several hierarchical levels that spread over more than 8 orders of magnitude in length scales, which is made of three principal components: collagen molecules, mineral nanocrystals and water. A fundamental understanding of how the mineral structure of bone tissue is organized at different length scales is essential for the biomedical community. To answer this demand, we applied novel methods currently in development for materials science to characterize the mineral phase: coherent X-ray diffraction imaging (CXDI), automated crystal orientation mapping with transmission electron microscope (ACOM-TEM) and pair distribution function analysis (PDF) of X-ray diffraction patterns.Bone tissue was investigated from its sub-angstrom arrangement, taking into account chemical composition and interatomic bond lengths shifts, through individual crystal organization (one crystal with respect to the next), to their micrometer organization with nanometer resolution, also allowing resolving the nanoporosity structure within the tissue.Beside the investigation of native bovine tissues, heated bones that are of interest in archeology, anthropology and forensic science, were used as a model to test for the applicability and sensitivity of the different methods for such biological materials. Moreover, a first insight into pathological bone tissues enabled to show that the structural differences of particular pathologies in comparison to healthy state can be observed already at the sub-angstrom scale (as seen from interatomic bonds shifts).The sample preparation described, the experimental setups and data analysis schemes could, furthermore, be applied to bone tissue at different anatomical location, with different degree of tissue maturation, to different species and pathological cases. Bone-like tissues such as dentin and antler as well as inorganic multiscale-porous materials could also be analyzed by the proposed scheme.Understanding the nanostructural characteristics of bone tissue is therefore useful to identify key structural markers of pathological human bone. This strategy could have an impact on future developments of new tools for diagnostic or to assess the effectiveness of pharmaceutical treatments

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Dumas, Aline. "Cellules médullaires et biomatériaux implantables en site osseux." Phd thesis, Université d'Angers, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00433829.

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Abstract:

Différentes stratégies associant des cellules médullaires et/ou des biomatériaux ont été étudiées pour la réparation du tissu osseux dans des modèles murins. Nous avons montré que H2O2 et NaOH, produits utilisés dans les procédés de purification industriels de greffons osseux allogéniques, induisent une détérioration matricielle de surface, diminuant l'adhésion, la prolifération et l'activité de cellules ostéoblastiques. NaHCO3 est apparu comme un agent nettoyant efficace, sans conséquences sur la qualité des greffons et leur cytocompatibilité. Des matrices osseuses ainsi purifiées ont été utilisées comme support pour la réparation par ingénierie tissulaire d'un défaut crânien de taille critique chez la souris. La construction cellules médullaires/matrice, élaborée in vitro, a induit in vivo une régénération osseuse rapide jusqu'au centre du déficit. L'induction de la différenciation ostéoblastique des cellules avant leur implantation n'a pas amélioré nos résultats. Une autre thérapie cellulaire ayant été étudiée est la transplantation systémique de cellules médullaires. L'irradiation corporelle totale et la transplantation ont induit une perte osseuse trabéculaire dramatique. Les cellules transplantées n'ont pas permis la restauration de la masse osseuse mais ont reconstitué un microenvironnement ayant modifié la microarchitecture des receveurs vers un phénotype donneur. Pour ces deux dernières études les cellules médullaires sont issues de souris transgéniques pour la GFP, permettant le suivi des cellules après implantation. L'immunodéplétion des cellules médullaires possédant le CD11b a permis d'enrichir fortement la population cellulaire en ostéoprogéniteurs.

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Chateaux, Jean-François. "Conception et réalisation d'une cellule de caractérisation des tissus biologiques par spectroscopie de bioimpédance dans la gamme fréquentielle, 100 Hz-1MHz : application aux tissus osseux, prise en compte de l'anisotropie." Nancy 1, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2000_0238_CHATEAUX.pdf.

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Ribolzi, Serge. "Procédé de détection électro-optique en temps réel des défauts dans les tissus." Mulhouse, 1990. http://www.theses.fr/1990MULH0166.

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Abstract:

Cette étude est consacrée à la recherche d'un système de détection automatique des défauts dans les tissus. Une solution utilisant le traitement électro-optique de l'information a permis de caractériser et de détecter des défauts. Le principe de la méthode de détection des défauts est basé sur l'analyse de la transformée de Fourier optique de la surface textile. Celle-ci est obtenue dans le plan focal d'une lentille convergente (dite de Fourier) placée sur le parcours d'un flux lumineux cohérent modulé par le réseau de fils que constitue le tissu. Le contrôle de la pièce à étudier est effectué dans le plan de diffraction de la lentille à partir des informations directement fournies par le spectre. Dans une première phase du projet, nous avons réalisé une étude théorique du principe de détection des défauts par voie optique. La modélisation d'un échantillon de tissu a permis de discuter de l'influence de plusieurs paramètres sur le spectre à l'apparition des défauts. Dans une seconde phase expérimentale, l'analyse de ce spectre au moyen d'une matrice de cellules photovoltaïques a mis en évidence les paramètres discriminant la situation normale (absence de défaut) de la situation dégradée (présence d'un défaut). Un module de traitement analogique de l'information permet l'exploitation de ces paramètres en vue de la détection-localisation en temps réel des défauts. Ce dispositif rend également possible l'évaluation instantanée du nombre de fils par unité de longueur et constitue aussi une méthode originale de mesure du diamètre des fils. A partir des résultats obtenus, un cahier des charges a été établi pour la réalisation d'un capteur spécifique. Un prototype de ce capteur installé sur table de visite a permis de valider le procédé de détection par des essais sur différents échantillons de tissus

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De, La Rosa Castolo Guillermo. "Analyse de la tenue mécanique des implants, des composants prothétiques et de l'interaction avec les tissus osseux en implantologie dentaire." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0700/document.

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Abstract:

Ce travail de recherche vise à développer des méthodologies d’évaluation mécanique des implants dentaires, de leurs composants prothétiques et de l’interaction avec les tissus osseux de la mâchoire. D’après l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), 15 à 20% de la population âgée de 35 à 44 ans est atteint de problèmes d’édentation partielle et près de 30% de la population âgée de 65 à 74 d’édentation totale. Cela représente donc approximativement 7 millions de personnes en France ayant subi des pertes de dents durant leur vie. Les traitements proposés par l’implantologie dentaire sont devenus des solutions efficaces pour les problèmes d’édentation avec des taux de réussite cliniques supérieurs à 90%. Cependant, des complications cliniques existent, caractérisées par des inflammations ou des pertes partielles des tissus environnants. Les dentistes étant responsables du choix du traitement thérapeutique pour leurs patients, la prise d’une décision appropriée est capitale et exige une compréhension des risques et des bénéfices. C’est dans ce contexte qu’une première méthodologie d’évaluation a été développée pour améliorer le design des implants dentaires de type endosseux, dans les conditions de la norme de certification ISO 14801. La méthodologie est basée sur des approches numériques par Analyse d’Eléments Finis. Ensuite, des approches théoriques et des données cliniques ont été utilisées pour évaluer le comportement mécanique des tissus osseux de la mâchoire face aux différentes configurations par implants dentaires et leurs composants prothétiques
The research purpose in this study is to develop of mechanical evaluation methods to dental implants, their prosthetic components and the interactions with bone tissues in mandible zone. According to the World Health Organization (WHO), 15 to 20% of population from 35 to 44 years old is reached of partial edentulism problems and about 30% of population from 65 to 74 years old is reached of complete edentulism problems. This represents approximately 7 million people in France who have lost teeth during their lifetime. Treatments proposed by dental implantology have become effective solutions for edentulous patients with clinical success rates greater than 90%. However, clinical complications exist, characterized by inflammation or partial losses of the surrounding tissues. Dentists are responsible for the treatment choice for their patients; an appropriate decision is crucial and requires an understanding of the benefits and risks. In this context, a first methodology was developed for evaluated the endosseous dental implants under the conditions of the ISO 14801 certification standard. This methodology is based with an approach numerical by Finite Element Analysis (FEA). Furthermore, theoretical approaches and clinical data were used to evaluate the mechanical resistance of the bone tissues in the jaw with different dental implant configurations and their prosthetic components

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Cordonnier, Thomas. "Associations cellules souches mésenchymateuses et céramiques pour l'ingénierie tissulaire osseuse : intérêt du milieu cellulaire et de l'environnement tridimensionnel sur la différenciation ostéoblastique." Thesis, Tours, 2010. http://www.theses.fr/2010TOUR3141/document.

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Abstract:

Les affections ostéo-articulaires concernent des millions de personnes. L’ingénierietissulaire osseuse, associant cellules souches mésenchymateuses humaines (CSM) etmatériaux synthétiques, pourrait répondre aux besoins cliniques. Pour cela, les différentescomposantes de cette approche et leur association doivent être mieux étudiées pour la rendreutile cliniquement. Durant cette thèse, une première étude animale proche du cas cliniquenous a permis de définir les points à améliorer pour le traitement des pertes osseuses. Nousavons ainsi pu développer un milieu spécifique induisant une différenciation rapide etterminale des CSM en ostéoblastes. Par la suite, l’utilisation de particules de céramiquescomme support cellulaire nous a permis d’obtenir des hybrides riches en matriceextracellulaire. Cet environnement 3D biomimétique permet l’engagement spontané des CSMvers un phénotype ostéoblastique et l’obtention d’une quantité osseuse importante in vivo.L’ensemble de ces résultats met en évidence l’importance de l’environnement et du stade dedifférenciation cellulaire pour la formation osseuse par ingénierie tissulaire osseuse
Osteo-articular disorders affect millions of people over the world. Bone tissueengineering, an approach combining human mesenchymal stem cells (MSC) and syntheticmaterials, could potentially fulfill clinical needs. However, the different components of thisapproach and their association should be investigated further to make it clinically useful. Inthis thesis, an initial animal study close to clinical situation allowed us to identify areas thatneed improvement for regenerating bone defect. We were then able to develop a specificmedium which induces a rapid and terminal osteoblastic differentiation of MSC.Subsequently, the use of ceramic particles as cell support has allowed us to obtain hybridmainly composed of extracellular matrix. This biomimetic 3D environment allowsspontaneous osteoblastic commitment of MSC and induces a large bone quantity in vivo.Overall, these results highlight the importance of the environment and the cell differentiationstate for bone formation using bone tissue engineering

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Ambard, Dominique. "Contribution à l'étude des interactions mécano-biologiques dans la cicatrisation des tissus périprothétiques." Toulouse 3, 2005. http://www.theses.fr/2005TOU30186.

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Dissertations / Theses on the topic 'Ingénierie du tissus osseux'

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