Cytotoxicity and endothelial dysfunction induced by iron-containing bioresorbable materials

The present thesis is part of an integrated and interdisciplinary project that aims to develop new Fe-based bioresorbable alloys for cardiovascular implants. The main purpose was to scrutinize and highlight the biological interactions between Fe-based materials and the surrounding tissue. During the last decade, biodegradable materials have been developed as alternatives to permanent coronary stents. Metals such as pure Fe and Fe-Mn alloys were investigated in this context for their good mechanical properties, adequate degradability and assumed biocompatibility. The main objectives were (1) to look at the impact of the released corrosion products, ions or ROS (Reactive Oxygen Species), as well as the material itself on the vascular tissue and (2) to develop new ex-vivo and valid in vitro models to address these questions. We demonstrated that Fe corrosion releases hydroxyl radicals (HO•), which contribute to induce cytotoxicity, oxidative stress, inhibition of NO production through a decreased eNOS enzymatic activity and endothelial dysfunction. Indirect contact tests (Fe ions only) did not reveal any effect. The implication of HO• on arterial wall was confirmed by the protective role of catalase, which totally prevented deleterious outcomes. Our data contribute to raise concerns about the biocompatibility of these new degradable alloys for vascular implants and the deleterious impact of HO• has to be considered when developing new Fe-based materials.Ce travail fait partie d'un projet interdisciplinaire qui vise à développer de nouveaux alliages biorésorbables à base de fer comme implants cardiovasculaires. L'objectif principal était d'analyser les interactions biologiques entre les matériaux à base de fer et le tissus artériel. Il s’agissait (1) d’examiner l’impact des produits de corrosion libérés, ions ou ROS (espèces réactives de l’oxygène), ainsi que du matériau même sur le tissu vasculaire et (2) de développer de nouveaux modèles ex-vivo et in vitro pour répondre à ces questions. Nous avons montré que la corrosion du fer libère des radicaux hydroxyle (HO•), qui contribuent à induire de la cytotoxicité, un stress oxydant, l’inhibition de la production de NO, par une activité enzymatique eNOS réduite, et un dysfonctionnement endothélial. L'implication de HO• dans la toxicité endothéliale a été confirmée par le rôle protecteur de la catalase, qui a totalement empêché les effets délétères. Les ions de fer libérés par la corrosion n'ont pas révélé d’effet. Nos données contribuent à susciter des inquiétudes quant à la biocompatibilité de ces nouveaux alliages dégradables comme implants cardiaques.(BIFA - Sciences biomédicales et pharmaceutiques) -- UCL, 202