Biodegradable PLA-b-PEG-b-PLA tribloc copolymers : Characterization and modelling of the evolution of their mechanical properties during hydrolytic degradation

L’ingénierie tissulaire est une méthode de reconstruction d’organes et de tissus vivants. Elle consiste à ensemencer et faire coloniser un implant spécifique appelé scaffold par des cellules. Ce scaffold est un matériau architecturé doté d’une géométrie adaptée à l’organe à reconstruire. Sa fonction est de servir de guide et de support de régénération au tissu. Afin d’éviter les conséquences à long terme de la présence d’un implant synthétique dans l’organisme (risque de rejet, inflammation ...) l’idéal est d’utiliser un matériau biorésorbable qui, se dégradant au fur et à mesure de la reconstruction, laisse place aux néo-tissus formés. Les polymères biorésorbables sont, grâce à la vaste gamme de propriétés qu’ils proposent, les meilleurs candidats pour ce genre d’applications. Un polymère biorésorbable particulièrement intéressant est le PLA-b-PEG-b-PLA. En effet, celui-ci est biocompatible et possède, par sa structure tribloc, une potentielle vaste gamme de propriétés physiques et mécaniques. La réussite de la reconstruction tissulaire nécessite une parfaite connaissance du comportement mécanique du matériau constituant le scaffold ainsi que son évolution au cours de la dégradation.L’objectif de cette thèse est la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement mécanique des polymères PLA-b-PEG-b-PLA au cours de leur dégradation. L’intérêt est de fournir des outils de dimensionnement de scaffolds biorésorbables pour l’ingénierie tissulaire. Dans un premier temps, des essais de traction-relaxation ont été conduits sur un PLA-b-PEG-b-PLA à différents temps de dégradation. Afin de réaliser ces essais dans des conditions proches de celles rencontrées in vivo, un dispositif expérimental permettant d’accomplir des essais mécaniques en milieu immergé à une température de 37°C a été mis au point. A partir de ces essais, un modèle viscoélastique linéaire capable de prendre en compte la variation des propriétés mécaniques au cours de la dégradation pour de faibles déformations a été réalisé. Dans un second temps, afin de modéliser le comportement mécanique dans une gamme plus large de déformations, un modèle viscoélastique non-linéaire a été développé. Il s’agit d’un modèle quasi-linéaire viscoélastique adaptatif capable de prédire les courbes de traction-relaxation à différents niveaux de déformation ainsi que la perte de propriétés mécaniques au cours de la dégradation. Lors de la troisième partie, des PLA-b-PEG-b-PLA de compositions et masses molaires différentes ont été caractérisés afin d’étudier l’influence de la structure originelle du polymère sur leurs propriétés mécaniques et leur évolution au cours de la dégradation. La capacité du modèle viscoélastique linéaire précédemment développé à prédire le comportement des différents polymères a alors été discutée. Dans une dernière partie, le modèle viscoélastique linéaire dégradable a été utilisé pour simuler numériquement le comportement mécanique d’un tricot potentiellement utilisable en ingénierie tissulaire.Tissue engineering is an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and biological science toward the development of biological substitutes that restore, maintain or improve the development of a whole organ by tissue reconstruction. It consists in seeding an implant called scaffold with cells taken from the patient and cultivated in vitro. The cells will then colonize and recreate tissue that takes the shape of the scaffold. The scaffold is an architecture biomaterial specifically designed for a considered organ. The knowledge of mechanical properties of the scaffold is particularly important. Indeed, it often must be used as a mechanical substitute to the injured organ. Moreover, its mechanical properties must be compatible with those of the host tissue to allow a good tissue regeneration. The main advantage of using biodegradable materials is their degradation along the regeneration process. It means that the material no longer remains in the body at long term avoiding toxicity and inflammation risks. Among biodegradable materials, polymers are particularly interesting due to their large range of properties. A very good candidate for tissue engineering applications is the PLA-b-PEG-b-PLA biodegradable triblock copolymer. This polymer is biocompatible and possesses a good properties modulation. To allow a good tissue reconstruction, the knowledge of the mechanical properties of the scaffold as well as their evolution during degradation is essential.The aim of this work is to characterize experimentally and model the mechanical behavior of the PLA-b-PEG-b-PLA and its evolution during degradation. The interest is to provide tools to size and simulate biodegradable scaffolds for tissue engineering applications. At first, tensile-relaxation tests has been realized on the polymer during different degradation times. In order to realize the mechanical tests in conditions closed to in vivo ones, a specific experimental device has been designed that allows From this tests, a linear viscoelastic model able to take into account the variations of mechanical properties during degradation for small strain has been developed. Then, in order to model the mechanical behavior in a larger range of strain, a non-linear viscoelastic model was realized. In a third part, different polymers PLA-b-PEG-b-PLA with different initial composition has been mechanically characterized in order to study the influence of the original structure on mechanical properties and their evolution during degradation. To finish, the degradable linear viscoelastic model will be used to simulate numerically the mechanical behavior of a knitted textile for potential applications in tissue engineering