Conception d'un revêtement bioactif pour implant cardiovasculaire par la méthode du layer-by-layer

Ferlatte, Audrey (2014). Conception d'un revêtement bioactif pour implant cardiovasculaire par la méthode du layer-by-layer. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La technique du layer-by-layer (LbL) constitue une approche intéressante pour modifier la surface des implants afin d’améliorer leur biocompatibilité et leur performance clinique. L’objectif global de ce projet consiste à concevoir un revêtement de type LbL permettant de favoriser l’adhésion, la prolifération et la migration des cellules musculaires lisses vasculaires (VSMC) sur et à proximité des endoprothèses couvertes, utilisées pour le traitement minimalement invasif des anévrismes de l’aorte abdominale (AAA).

Dans le cadre de ce projet, plusieurs revêtements LbL ont été mis au point et étudiés. Certains contiennent du facteur de croissance des fibroblastes (bFGF) que l’on cherche à relarguer afin de stimuler les VSMC. Ainsi, des films formés à l’aide de chitosane (CHI), de sulfate de chondroïtine (CS), de collagène (COL) et de bFGF ont été développés sous la forme des revêtements suivants : a) [CS/CHI]; b)[CS/COL] et c) [CS/CHI]-[CS/bFGF]-[CS/COL]. Ceux-ci ont été caractérisés à l’aide de plusieurs techniques telles que la microbalance à cristal de quartz (QCM-D), l’angle de contact, l’ellipsométrie, la microscopie à force atomique (AFM), le titrage immunoenzymatique utilisant un antigène absorbé(ELISA) et enfin, la culture (adhésion, croissance et survie) des VSMC.

La faisabilité de créer les revêtements LbL avec ces biomolécules a été démontrée, grâce aux résultats QCM-D qui montrent une addition de masse après chaque dépôt de polyélectrolyte indiquant une formation linéaire des films. Cette dernière a été confirmée par ellipsométrie. Les résultats d’angle de contact et d’AFM ont quant à eux montré que les films formés possédaient bien une structure LbL étant donné l’alternance des angles de contacts entre les différentes couches de même que les changements de morphologie de surface et de rugosité entre les dépôts des différents polyélectrolytes. Les films LbL [COL/CS] se sont avérés beaucoup plus efficaces que les films [CHI/CS] pour favoriser l’adhésion cellulaire. L’ELISA a démontré que le film [CS/CHI]-[CS/bFGF]-[CS/COL] permet d’accumuler et de relarguer du bFGF tandis que les essais de survie cellulaire des VSMC en présence de bFGF en solution ont révélé qu’une concentration de 10ng/ml était suffisante pour avoir un effet significatif sur la survie cellulaire. Il est toutefois à souligner que l’effet du film LbL sur la survie des VSMC est incertain étant donné que, dans les conditions testées, les quantités de facteurs de croissance relâchées sont substantiellement plus faibles que celles testées in vitro.

En conclusion, bien que des essais complémentaires doivent être effectués, les films LbL constituent une approche prometteuse pour améliorer la guérison autour des endoprothèses couvertes, améliorer leur fixation au vaisseau sanguin et limiter la progression de l’anévrisme.

Titre traduit

Design of a layer-by-layer bioactive coating for cardiovascular implant

Résumé traduit

The Layer-by-layer (LbL) technique is an interesting approach to modify implant surfaces to improve biocompatibility and clinical performance. The main objective of this project is to conceive an LbL coating that is able to promote vascular smooth muscle cell (VSMC) adhesion, proliferation and migration on and around stent grafts, an implant used to treat abdominal aorta aneurisms (AAA) in a minimally invasive way.

For the purpose of this project, several LbL coatings were prepared, including some which contain fibroblast growth factor (bFGF) intended to be released and stimulate VSMC. The developed films were made of chitosan (CHI, chondroitin sulfate (CS), collagen (COL), as well as bFGF, and were built according to the following structures: a) [CS/CHI]; b) [CS/COL] et c) [CS/CHI]-[CS/bFGF]-[CS/COL]. They were characterized by techniques such as quartz crystal microbalance (QCM-D), contact angle, ellipsometry, atomic force microscopy (AFM), enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and by cell culture tests on VSMC (adhesion, growth and survival).

The feasibility of creating such an LbL coating was demonstrated by the QCM-D results that show a mass addition after every polyelectrolyte deposition leading to a linear growth of the film, as confirmed by ellipsometry. The contact angle and AFM results exhibited alternating angles as well as change in roughness between the depositions showing that the coatings are grown in an LbL fashion. The LbL [COL/CS] were more efficient than [CHI/CS] coatings to promote cell adhesion. ELISA results showed that [CS/CHI]-[CS/bFGF]-[CS/COL] films are able to accumulate and release bFGF. The survival tests on VSMC with bFGF in solution showed that a 10ng/ml concentration was sufficient to significantly improve cell survival. However, for the tested conditions, since the amount of released growth factor is much smaller than the one tested in vitro, the effect of the LbL on VSMC survival is uncertain.

In conclusion, although additional testing is needed, the LbL coatings are a promising approach to stimulate healing around stent grafts in order to improve fixation to the blood vessel and to limit aneurysm progression.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration technologies de la santé". Bibliographie : pages 111-123.
Mots-clés libres:	Endoprothèses Conception et fabrication. Endoprothèses Biocompatibilité. Couches minces. Chimie biomimétique. Ellipsométrie. biomatériaux, Layer-by-Layer, QCM-D, angle de contact
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Lerouge, Sophie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	30 oct. 2014 15:15
Dernière modification:	30 oct. 2014 15:15
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1364

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