Biocéramiques dégradables anti-bactériennes et microstructurées – MARBLE

L’ostéomyélite, une infection du tissu osseux, demeure un problème majeur de santé publique. Les thérapies traditionnelles, telles que la greffe osseuse et l’administration systémique d’antibiotiques, ne délivrent qu’une faible concentration médicamenteuse sur le site infecté et peuvent favoriser l’antibiorésistance. Il est donc crucial de développer des substituts osseux biodégradables dotés de propriétés antibactériennes intrinsèques permettant un traitement local.
Parmi les substituts osseux synthétiques, les biocéramiques à base de phosphates de calcium (CaP), en particulier l’hydroxyapatite (HA) et le ß-phosphate tricalcique (ß-TCP), suscitent un vif intérêt en raison de leur similitude chimique avec l’os. L’HA est capable d’accueillir diverses substitutions ioniques telles que les ions cuivre, reconnus pour leurs propriétés antibactériennes formant ainsi l’HA dopée au cuivre (CuHA) mais l’HA n’est pas résorbable. Pour y palier, l’hydroxyapatite carbonatée (CHA), dont la biodégradation dépend de sa teneur en ions carbonate, représente une alternative prometteuse. Cette modulation peut être obtenue grâce à un contrôle précis de la synthèse et d’un frittage sous une atmosphère riche en CO2.
La stratégie de MARBLE repose donc sur le développement, par réaction à l’état solide, de composites céramiques CaP-CuHA purs, combinant une matrice biodégradable à base de CHA avec des ions cuivre relargués par le composite. L’originalité réside dans la combinaison d’une biodégradabilité sur mesure et d’une activité antibactérienne locale au sein d’un même matériau, grâce à une caractérisation approfondie des propriétés physico-chimiques des céramiques.
Ainsi, le premier objectif du projet MARBLE est de développer des composites CaP-CuHA avec des proportions contrôlées de CHA et de CuHA ainsi qu’une microstructure bien définie. Cet objectif implique la précipitation aqueuse de poudres de CHA avec différentes quantités d’ions carbonate. Les composites contenant du cuivre seront préparés par réaction à l’état solide après attrition avec de l’oxyde de cuivre. Après caractérisations physico-chimiques des mélanges de poudres broyées (WP1) l’aptitude au frittage des composites sera étudiée afin de produire une gamme de diverses compositions et microstructures (WP2). Plusieurs paramètres tels que vitesse de chauffage, température, atmosphère et composition, seront évalués de manière systématique pour déterminer les protocoles de frittage optimaux en fonction du ratio final CaP/CuHA, de la microporosité et des propriétés mécaniques.
Le deuxième objectif est d’évaluer le comportement en dégradation et l’activité antibactérienne des composites CaP-CuHA, ainsi que leur effet synergique (WP3). Pour ce faire, des tests in vitro en conditions acellulaires seront réalisés afin d’évaluer le potentiel de dissolution des composites CaP-CuHA. Pour une compréhension approfondie de leur comportement en dégradation, ces tests seront complétés par des expériences de résorption utilisant des cellules ostéoclastiques humaines. En parallèle, des expériences antibactériennes seront menées pour évaluer leur performance dans un contexte d’ostéomyélite. Une attention particulière sera portée à la caractérisation approfondie des céramiques à l’échelle macro- et microscopique, ainsi qu’à leurs sous-produits avant et après les expériences biologiques, afin de mieux comprendre les interactions entre les propriétés des céramiques et leur comportement biologique.
Pour atteindre ces objectifs, le projet MARBLE réunit deux laboratoires reconnus pour leur expertise dans le domaine des céramiques phosphocalciques, combinant des compétences complémentaires en synthèse, frittage et évaluation biologique. Outre les résultats scientifiques attendus, ce projet piloté par deux chercheuses, ambitionne de contribuer à la diffusion, auprès du grand public et des plus jeunes, de la richesse de la démarche scientifique et de briser les stéréotypes de genre dans le monde des sciences.