Synthesis and grafting of bioactive polymers to create biomimetic surfaces which can control the host response : Study of the biological mechanisms from the origin of the observed activity

Dans cette étude, nous avons combiné les bonnes propriétés mécaniques de l'alliage de titane Ti6Al4V avec les excellentes propriétés biologiques apportées par le greffage d’un polymère « bioactif » le poly(styrène sulfonate de sodium) (poly(NaSS)). Le greffage chimique du poly(NaSS) réalisé à partir de la surface de l'alliage a permis de générer des biomatériaux « fonctionnalisés » et « bioactifs ». Sur ces substrats, la réponse de cellules ostéoblastiques de la lignée MC3T3-E1 a été étudiée en présence et en absence de protéines d’intérêt (seules ou en mélange). Nous avons pu mettre en évidence l’effet de ces protéines, de leur conformation et de leur compétitivité sur la réponse cellulaire (adhésion, étalement, différenciation). Dans des conditions de culture sans sérum, la seule présence du poly(NaSS) améliore la réponse cellulaire en augmentant l’adhérence, l’étalement et en prolongeant la viabilité cellulaires. Nous avons montré qu’en présence du poly(NaSS) la Fn joue un rôle majeur dans l'attachement précoce des cellules quel que soit le milieu de culture même « déplété » en certaines protéines. D’autre part nous avons également montré que le poly(NaSS) modifie la conformation des protéines adsorbées en augmentant l'exposition de leurs sites de liaison « actifs », tels que le peptide RGD dans la molécule Fn favorisanr ainsi l’adhésion et la fixation cellulaires par le biais des intégrines. Entre toutes les protéines étudiées, Col I a été identifiée comme la protéine qui stimule de manière la plus significative la minéralisation de la matrice ostéoblastique, en augmentant l'activité de la phosphatase alcaline et la production de phosphate et de calcium. Les surfaces greffées de poly(NaSS) pré-adsorbées du mélange protéique Fn & Col I favorisent l'expansion cytoplasmique des ostéoblastes, leur force d'attachement, leur différenciation et leur minéralisation. La compétitivité des protéines Fn, Col I et BSA protéine a également été étudiée. En résumé, le poly(NaSS) greffé sur des surfaces de Ti6Al4V propose une solution prometteuse pour l'ostéointégration rapide des biomatériaux, avec des applications possibles dans les domaines orthopédiques et dentaires.In this investigation, we combined the good mechanical properties of the titanium (Ti) alloy Ti6Al4V with the biological properties, namely bioactivity, of the polymer poly(sodium styrene sulfonate) (poly(NaSS)). By chemically grafting the poly(NaSS) on the surface of the Ti alloy we generated biofunctionalized biomaterials. On these substrates, the MC3T3-E1 osteoblast-like cells response was followed in the presence and absence of individual proteins and important information about the competitive behavior of proteins and their effect on the cell development was uncovered. In serum free medium conditions, poly(NaSS) influenced positively the cells response, by enhancing their attachment strength and by extending their viability and inherent morphology. Fn together with poly(NaSS) was found to play a major role in the cell early attachment, even when in double depleted medium. It was also seen, that poly(NaSS) alters the proteins conformation by increasing the exposure of active binding sites, such as the RGD peptide in the Fn molecule, and this way promoting integrin-mediated cell attachment. Between all proteins, Col I was found to stimulate more significantly the osteoblast-like cells matrix mineralization, by increasing the alkaline phosphatase activity and the calcium and phosphate productions. Grafted surfaces pre-adsorbed with Fn & Col I mixtures promoted the cell cytoplasmatic expansion, attachment strength, differentiation and mineralization. The competitive behavior of Fn and Col I was seen to prevail over BSA. In summary, the poly(NaSS) together with the Ti6Al4V material offers a promising solution for fast biomaterial osteointegration to be used in the orthopedic and dental fields