Élaboration et caractérisation de biomatériaux osseux innovants à base d'apatites phospho-calciques dopées

Les infections nosocomiales post-opératoires en sites osseux posent un problème majeur de santé publique. L'utilisation de biocéramiques bioactives et résorbables qui présenteraient des propriétés antibactériennes apparaît comme une des solutions les plus prometteuses pour lutter contre l'invasion de micro-organismes au niveau du site opératoire. Les apatites nanocristallines biomimétiques se révèlent être des candidats de choix pour ces applications en raison de leur similitude avec le minéral osseux et de leur forte réactivité de surface. Cependant, elles ne possèdent pas de propriétés antibactériennes intrinsèques, ce qui peut potentiellement être amené par un dopage ionique approprié. Dans ce contexte, ce travail traite de la synthèse et de la caractérisation physico-chimique d'apatites biomimétiques enrichies avec des cations zinc (Zn2+), cuivre (Cu2+) ou argent (Ag+) ou avec des anions oxygénés de type peroxydes qui présenteraient ces facultés antimicrobiennes ; puis sur l'évaluation préliminaire de leurs propriétés (micro)biologiques. Dans un premier temps, l'étude de systèmes apatitiques non dopés a indiqué qu'à l'instar du minéral osseux les apatites nanocristallines présentaient des cristaux de dimensions nanométriques dont la composition chimique s'éloignait de la stoechiométrie et exposant des environnements ioniques non-apatitiques hydratés en surface des nanocristaux. L'influence des paramètres de synthèse a été évaluée et révèle que le temps de maturation, la température, le pH et la nature des sels de phosphate impactent significativement les caractéristiques physico-chimiques de ces composés. Nous montrons également que les conditions de post-traitement (ré-immersion, traitement thermique, mise en forme) peuvent aussi modifier significativement les caractéristiques finales des biocéramiques. Dans un second temps, ce travail a révélé que l'enrichissement d'apatites nanocristallines avec des ions Zn2+, Cu2+, Ag+ ou des espèces oxygénées était possible – avec des taux de dopage limites qui ont été évalués – mais générait des modifications physico-chimiques notables en particulier en termes d'état de cristallinité et de teneur en environnements chimiques non-apatitiques. Le zinc et le cuivre engendrent des effets similaires et semblent agir en tant qu'inhibiteur de croissance cristalline. L'argent, bien que monovalent, ne modifie pas significativement les processus de formation et de croissance des nanocristaux d'apatites. En revanche, la présence de peroxyde d'hydrogène dans le milieu réactionnel conduit à la formation d'apatite dont l'état de cristallinité est augmenté. Le choix de paramètres de synthèse adéquats, influençant notablement les mécanismes d'incorporation des ions, s'est avéré déterminant pour l'obtention d'apatites nanocristallines monophasées et dopées. Des tests biologiques préliminaires ont été réalisés pour évaluer la cytotoxicité de ces composés et le comportement de cellules ostéogéniques (de types ostéoblastes et ostéoclastes). L'évaluation d'éventuelles propriétés antibactériennes a également fait l'objet de ce travail, dans le cadre d'une collaboration internationale. Parmi les formulations présentant des propriétés antibactériennes mesurées, les apatites biomimétiques enrichies en argent apparaissent au vu de ce travail comme les candidats les plus prometteurs pour conférer l'effet antibactérien nécessaire aux applications visées