Structure-properties relationship in dense collagen gels produced by injection of spray-dried collagen

Axe 2 - Matériaux multifonctionnels et environnement

Thèse de Miléna Lama

Recherche commencée le 1er septembre 2016.

Soutenance de thèse le 16 septembre 2019 à 14h - Collège de France, Salle 2

Laboratoires co-porteurs

• Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP)
  Porteur de projet : Nadine Nassif
  Co-encadrant : Cédric Boissière, Francisco Fernandes
• Sciences et Ingénierie de la Matière Molle-Physico-chimie des Polymères et des Milieux Dispersés (SIMM)
  Co-directrice de thèse : Alba Marcellan-Parisot

Abstract

Injecter des gels denses de collagène pour obtenir des matériaux 3D, biomimétiques en termes d’architecture et de propriétés mécaniques, est un enjeu pour la régénération tissulaire car cela pourrait éviter des chirurgies lourdes. Des solutions de collagène très concentrées ont la capacité de former des mésophases dont la géométrie mime celle des tissus biologiques. Ainsi, il est possible d’obtenir des gels de collagène en 3D possédant une meilleure tenue mécanique, sans utiliser de réticulant chimique qui peut induire des inflammations. Cependant, l’injection de solutions de collagène très concentrées est empêchée par l’augmentation drastique de leur viscosité.

Comment associer biomimétisme et injectabilité de gels denses de collagène ?

Nous proposons de concentrer des solutions acides de collagène par atomisation, produisant des billes denses de collagène. Une simple pesée de ces billes permet de déterminer la concentration des gels. Mélangées à un solvant aqueux, elles sont injectées dans un moule imitant un défaut tissulaire. La fibrillogénèse , induite in vitro dans les solutions de collagène, forme des gels rigides. Les microscopies optique et électroniques révèlent des organisations issues de l’auto-assemblage du collagène à l’échelle macroscopique, selon la concentration en collagène (de 3wt% à 8wt%). Le comportement mécanique des gels imite celui des tissus biologiques, et est fortement lié à l’ultrastructure des fibrilles de collagène. Cette étude ouvre des perspectives pour la régénération tissulaire en établissant le cadre d’une librairie faite de gels denses et injectables en collagène, permettant l’usage de procédures chirurgicales moins invasives.

Poster

Liste des conférences

• Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials, Sitges, Spain, March 2019 – Oral contribution – “Mechanical properties of biomimetic hydrogels produced by injection of spray-dried collagen”
• Doctoral School Days, Paris, France, December 2018 – Poster and oral contributions – “Mechanical properties of tissue-like hydrogels produced by injection of spray-dried collagen”
• Design of Soft Green Materials (workshop at MIT), Cambridge, MA, USA, November 2018 – Oral contribution, replacing Nadine Nassif – “From collagen self-assembly to biomimetic materials: Applications in biomineralization and tissue engineering”.
• Polymer Networks & Gels, Prague, Czech Republic, June 2018 – Oral Contribution – “Mechanical properties of tissue-like hydrogels produced by injection of spray-dried collagen”.
• Collagen in all its forms, Lyon, France, November 2017 – Oral contribution – “Mechanical properties of dense collagen scaffolds produced by injection of spray-dried collagen in suspension”.
• Soft Matter Days, Gif-sur-Yvette, France, June 2017 – Poster contribution – “Spray-dried collagen for injecting dense collagen scaffolds with tunable mechanical properties”.

Liste des publications

• M. Lama, Francisco M. Fernandes, A. Marcellan, J. Peltzer, C. Sanchez, M-M. Giraud-Guille, J-J. Lataillade, B. Coulomb, C. Boissière, N. Nassif,
  Self-assembled Collagen Microparticles by Aerosol as a Versatile Platform for Injectable Anisotropic Materials
  under review
• C. Salameh, F. Salviat, E. Bessot, M. Lama, J-M. Chassot, E. Moulongui, Y. Wang, M. Robin, A. MArcellan, C ; Sanchez, M-M. Giraud-Guille, M. Faustini, R. Carminati, N. Nassif,
  Structure-properties correlation of stable transparent domain in fibrillar collagen gradient”
  submitted
• M. Lama, G. Agoda-Tandjawa, A. Marcellan,
  Mechanical and rheological properties of PDMA and PDMA/Silica hydrogels at different swelling states
  in preparation