Bioactive coating with low-fouling polymers for the development of biocompatible vascular implants

Résumé

Le remplacement de vaisseaux sanguins occlus et la réparation endovasculaire des anévrismes de l’aorte abdominale (EVAR) effectués respectivement à l’aide de prothèses vasculaires synthétiques et d’endoprothèses couvertes, mènent tous deux à de fréquentes complications cliniques due à une problématique similaire : les matériaux utilisés (généralement le polyéthylène téréphthalate (PET) et le polytétrafluoroéthylène expansé (ePTFE) n’ont pas les propriétés de surface permettant de réduire les réactions biologiques indésirables tout en favorisant les interactions cellulaires requises pour la croissance des tissus biologiques. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse consistait à créer un revêtement bioactif sur les biomatériaux vasculaires pour réduire la thrombose tout en favorisant la croissance cellulaire. Le premier objectif a consisté à mettre au point une surface empêchant l’adsorption des protéines (communément appelée « low-fouling ») à l’aide de polyéthylène glycol (PEG) à bras multiples. Un revêtement polymérisé par plasma riche en amine primaire (LP) a été utilisé comme substrat afin d’obtenir un revêtement polyvalent, pouvant être recréé sur n’importe quel type de biomatériaux ou de surface, ce qui n’est pas le cas des méthodes actuelles qui requièrent d’optimiser la technique de greffage pour chaque nouveau biomatériau. Tel que démontré par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCMD), par mesure directe de fluorescence ainsi que lors d’essais de perfusion sanguins, les revêtements de PEG créés génèrent une très faible adsorption de protéine et presque pas l'adhésion des plaquettes après 15 min de perfusion dans le sang total. Bien que l’adsorption des protéines ne soit pas empêchée à 100% et que les propriétés anti-plaquetaires ne permettent pas de conclure sur l’absence de thrombogénicité à long terme in vivo du revêtement, les propriétés de ce dernier peuvent être exploitées pour y coupler des molécules bioactives. Par conséquent, le second objectif consistait à développer un revêtement bioactif innovant et polyvalent en utilisant la combinaison de peptide d’adhésion (KQAGDV/RGD) et de facteur de croissance épidermique (EGF) greffé par le biais de coils électrostatiques. Le dextran carboxyméthylé (CMD) a été choisi comme une alternative possible au PEG en raison de ses meilleures propriétés « low-fouling » et la présence de groupes terminaux carboxyl abondants. Bien que la technique QCM-D nous ait permis d'optimiser la combinaison de l'immobilisation KQAGDV / RGD et EGF, les essais cellulaire n'ont pas montré d'amélioration de l'adhésion des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sur les surfaces PEG ou CMD modifiées par les peptides. Ce résultat met en évidence, parmi d’autres facteurs, le difficile compromis à trouver pour empêcher l’adsorption des protéines sans empêcher l’adhésion cellulaire. Des travaux antérieurs du laboratoire suggéraient que la chondroitine sulfate (CS), un glycoaminoglycan sulphaté, permettait de trouver ce compromis. Pour cette raison, le dernier objectif de cette thèse a consisté à étudier les propriétés de revêtements de CS comparativement aux deux polymères « low-fouling », le PEG et le CMD. Il a été démontré que la CS présente des propriétés anti-fouling sélectives puisque l’adsorption du fibrinogène est presque totalement supprimée tandis que d’autres protéines (et notamment certains facteurs de croissance connus pour interagir avec la CS) sont favorisées. La CS, comme le PEG et le CMD, diminue nettement l’adhésion plaquetaire en deça du niveau observé sur le PET. Par contre, alors que l’adhésion cellulaire sur le PEG et le CMD est très limitée, la CS favorise un attachement cellulaire prononcé, avec adhésion focale et résistance au cisaillement. Au contraire, les cellules endothéliales se détachent facilement du PET non modifié. Ainsi, les revêtements de CS forment une surface peu thrombogène favorisant la croissance d’une couche endothéliale complète et stable qui pourra agir comme surface anti-thrombotique active. Ensemble, l’utilisation du polymère plasma et de la CS greffée, suivie éventuellement d’immobilisation de facteurs de croissance, semble avoir un fort potentiel comme revêtement bioactif pour optimiser la biocompatibilité et les résultats cliniques des implants, en particulier des prothèses vasculaires.

Date	14 nov. 2014
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Sophie Lerouge (Directeur(-trice)) & Gregory De Crescenzo (Codirecteur(-trice))