Fanny Bosson

La faible capacité de régénération du cartilage articulaire est à l’origine de nombreuses pathologies. Les traitements actuels ne permettent pas de réparer efficacement le cartilage à long terme. Les chercheurs se sont donc tournés vers l’ingénierie tissulaire, combinant cellules et biomatériaux, pour reproduire la structure du cartilage articulaire. Cette structure orthotrope est caractérisée par des fibres de collagène et des chondrocytes orientés verticalement dans la zone profonde, obliquement dans la zone intermédiaire et horizontalement dans la zone superficielle, ce qui lui confère des propriétés mécaniques et fonctionnelles uniques. Des techniques telles que l'assemblage multicouche peuvent imiter efficacement la structure et le comportement mécanique du cartilage, mais ne parviennent pas à reproduire l'organisation orthotrope en une seule étape. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est de développer un biomatériau avec une structure orthotrope imitant celle du cartilage articulaire en répondant à ces dernières problématiques. Tout d’abord, une méthodologie combinant l’ultrafiltration frontale (UF) et des ultrasons de basse fréquence (US) a permis d’obtenir une organisation orthotrope de nanocristaux de cellulose (NCC) en phase aqueuse ou polymère. L’UF oriente les NCC horizontalement près de la membrane, tandis que les US génèrent un courant acoustique qui oriente les NCC verticalement près de la lame vibrante. A l’interface, les deux forces s'équilibrent, générant une organisation isotrope. La diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS) a confirmé la structure orthotrope attendue dans les suspensions aqueuses de NCC. Pour maintenir cette organisation spécifique des NCC, nous avons étudié la faisabilité de combiner notre procédé avec la photoréticulation UV du polyéthylène glycol diacrylate (PEGDA). Après la photoréticulation, les mesures SAXS ont montré que l'organisation orthotrope était maintenue pour une puissance acoustique donnée. Les propriétés mécaniques des hydrogels orthotropes ont ensuite été étudiées combinées à des mesures SAXS. Les tests de compression ont révélé un comportement élastique, la structure revenant à son état initial après compression. Les tests mécaniques ont confirmé un module d'Young (E) de 0,76 MPa, proche de celui du cartilage articulaire. De plus, le test de gonflement dans le milieu de culture DMEM a montré que le matériau atteint l'équilibre sans dégradation significative au fil du temps. Finalement, des tests préliminaires de cytocompatibilité ont permis de confirmer le potentiel de nos nouveaux matériaux nanocomposites pour les applications d'ingénierie du cartilage.