BLANC - Blanc

Nouvelle génération de biocéramiques résorbables par consolidation à basse température d'apatites nanocristallines biomimétiques – nanoBiocer

Résumé de soumission

Les apatites nanocristallines non-stœchiométriques sont des composés biomimétiques analogues au minéral osseux. Leur forte réactivité de surface (capacité à fixer des ions biologiquement actifs et molécules organiques) est liée à la présence en surface des nanocristaux d'une couche hydratée structurée. Cependant, le frittage de telles phases par les techniques conventionnelles (haute température) entraîne de fortes altérations de leurs caractéristiques physico-chimiques (déshydratation, croissance cristalline, évolution vers la stœchiométrie, stabilité accrue, faible solubilité…) et de leurs propriétés biologiques (faible réactivité de surface, adhésion cellulaire limitée). Ce projet vise à préparer de nouvelles biocéramiques hautement bioactives ET résorbables (poreuses et non-poreuses) par consolidation d'apatites nanocristallines à basse température, afin de préserver les dimensions nanométriques et la non-stœchiométrie des poudres initiales, puisque il a été montré que ces caractéristiques contrôlent la réactivité et résorbabilité de ces composés in vivo. Différentes méthodes de consolidation à basse température seront étudiées dans ce projet : pressage uni-axial à basse température, durcissement de gels d'apatites et frittage flash (SPS). Avec ces techniques, nous exploiterions l'exceptionnelle mobilité ionique de la couche hydratée qui peut mener à des processus de « fusion cristalline », même à basse température où les phénomènes de diffusion ionique classiques ne sont pas favorisés. Nos études préliminaires ont montré la possibilité de telles consolidations à basse température, menant à des matériaux de type céramique avec de bonnes propriétés mécaniques. Des nano-biocéramiques à base d'apatites nanocristallines seront élaborées puis caractérisées, leurs propriétés mécaniques seront évaluées, les mécanismes de consolidation à basse température seront analysés et leur propriétés biologiques in vitro (puis ponctuellement in vivo) seront déterminées. Ce projet pluridisciplinaire réunit 3 partenaires, dont deux partenaires universitaires et un partenaire industriel (PME). Un bon équilibre sera recherché entre une approche fondamentale (compréhension des mécanismes de consolidation à basse température, utilisation de procédures non-conventionnelles in vitro…) and une approche appliquée en vue d'un possible développement de cette technologie au niveau industriel. Certains aspects fondamentaux représenteront une grande partie du travail de recherche d'un doctorant recruté en co-direction entre les partenaires 1 et 2. Ce projet devrait mener à diverses avancées majeures, fondamentales et appliquées : des biocéramiques à forte réactivité ne sont en effet pas encore disponibles malgré une demande croissante. A ce jour, des céramiques bi-phasiques associant de l'hydroxyapatite stœchiométrique (HA) et du phosphate tri-calcique beta (beta-TCP) en proportions variables sont proposées pour augmenter « artificiellement » la résorbabilité de biocéramiques en utilisant la plus grande solubilité du beta-TCP. Cependant, des fragments d'HA (non résorbable) demeurent visibles même après de longues périodes. La vitesse de résorption de composés apatitiques étant directement liée à la dimension nanométrique des cristaux et à leur non-stœchiométrie, la conservation de ces caractéristiques est un défi pour l'obtention de nouvelles biocéramiques résorbables. La vitesse de résorption pourrait être modulée en modifiant les paramètres de synthèse (maturation en solution, température, pH). De telles biocéramiques pourraient ainsi supplanter à terme les biocéramiques bi-phasées beta-TCP/HA actuellement utilisées. La possibilité d'élaborer des nano-biocéramiques poreuses à partir d'apatites biomimétiques est aussi extrêmement prometteuse pour la mise au point de matrices poreuses 3D. Une perspective à moyen terme (non étudiée ici) pourrait concerner une association avec des cellules autologues pour des applications en ingénierie tissulaire. La possibilité d'associer, dans la porosité interconnectée, de grandes quantités d'agents actifs tels que facteurs de croissance ou ions biologiquement actifs (rendue possible par la forte réactivité de surface des nanocristaux d'apatites) pourrait représenter un autre développement intéressant. Ce projet permettra une meilleure compréhension des interactions entre nanocristaux d'apatite après consolidation. L'étude de l'interface entre couches hydratées devrait fournir de précieuses informations sur la structure de telles couches et expliquer la fusion cristalline observée in vivo. La compréhension des mécanismes de consolidation à basse température, mettant en jeu l'exceptionnelle mobilité ionique de la couche hydratée des nanocristaux d'apatite, devrait également se révéler d'un grand intérêt scientifique.

Coordination du projet

Christophe DROUET (Autre établissement d’enseignement supérieur)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 330 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter