Plateforme de caractérisation des Interfaces Biomatériaux - Cellules dans le contexte de l'ingénierie tissulaire osseuse – CharaBioC

Les céramiques phosphocalciques (CPC), dont celles à base d’hydroxyapatite (HA) sont utilisées comme substituts osseux depuis plus de 30 ans. Leur composition chimique proche de celle du minéral osseux leur confère de bonnes propriétés biologiques. Cependant, elles ne sont pas suffisantes pour répondre à l’ensemble des besoins en médecine régénérative osseuse, comme dans le cas de larges pertes de substance. L’amélioration de leurs performances biologiques est donc nécessaire pour en étendre le champ d’applications. Deux approches sont majoritairement suivies pour les améliorer: 1) le dopage par des éléments chimiques destinés à stimuler les activités cellulaires associées à la réparation osseuse. 2) La modulation de l’architecture des CPC qui vise à optimiser la réponse des cellules à l’interface. Cependant, la variabilité des méthodologies de production de matériaux et de leurs caractérisations, tant sur le plan physico-chimique que biologique, se traduit par un manque de consensus entre les résultats de la littérature. Cela met en évidence la nécessité de mettre en place des méthodes cohérentes de caractérisation de l’interface matériau-vivant et de modèles d’évaluation biologique in vitro pertinents. Dans ce contexte, le projet CharaBioC est dédié à la mise en place d’un dispositif permettant la caractérisation in vitro des propriétés biologiques de CPC poreuses pour des applications en médecine régénérative osseuse. Il sera intégré au cœur d’une chaîne de procédés d’élaboration de matériaux céramiques, cœur de métier historique et reconnu du laboratoire IRCER (Université de Limoges, CNRS) dans lequel il sera appliqué. Il y apportera de nouvelles compétences dans le domaine des sciences du vivant pour une meilleure connaissance des interactions matériau/vivant et le développement de biomatériaux innovants permettant de mieux répondre aux besoins de santé publique.
Cette plateforme d’analyses biologiques conduira à l’association séquentielle des procédés d’élaboration avec les propriétés physico-chimiques de CPC architecturées tridimensionnelles (e.g. composition chimique, porosité, rugosité…) et leurs performances biologiques. Des CPC micro-macroporeuses à base d’HA stœchiométrique ou substituée par des éléments chimiques d’intérêt (CO3, Si, Cu), pleinement caractérisées sur le plan physico-chimique, seront produites. Les variables seront modifiées pas à pas et associées aux modifications des caractéristiques des céramiques finales. Leurs propriétés de dissolution en milieu biologique seront d’abord évaluées en conditions dynamiques à travers l’identification et le dosage des espèces chimiques libérées au cours du temps. Les effets de ces produits de dissolution seront testés sur différentes lignées cellulaires impliquées dans le déclenchement du processus de réparation via le recrutement de progéniteurs (cellules de l’immunité innée), la vascularisation (cellules endothéliales), processus indispensable, et la formation d’os (cellules osseuses). Dans un second temps, l’interface matériau-vivant sera étudiée en détail. Après avoir validé la biocompatibilité des matériaux testés, la prolifération, l’activation et/ou la différenciation des cellules seront étudiées en cultures tridimensionnelles en bioréacteur en flux par perfusion. L’impact des biomatériaux sur la communication cellulaire sera également pris en compte à travers l’analyse des facteurs solubles sécrétés. Cela conduira, en fin de projet, à la mise en place d’un modèle cellulaire 3D de microenvironnement osseux fiable et robuste, sur la base de co-cultures de cellules des trois systèmes physiologiques précités. L'utilisation de méthodes d’analyses statistiques multiparamétriques aidera à identifier les liens directs entre les paramètres testés afin de relier les données biologiques et physico-chimiques de façon rationnelle et d'identifier les leviers applicables au niveau des procédés d’élaboration pour accroître les performances applicatives des biomatériaux.