Scaffold à macrostructure gyroïde, Défauts osseux de calvaria, Porosité, Taille des pores, Surface interne, Usinage additif, Ostéogénèse, Vascularisation

Les procédures de régénération osseuse sans facteurs biologiques reposent sur des biomatériaux macroporeux ostéoconducteurs favorisant l'invasion du tissu osseux vers les espaces vides. La géométrie interne de ces implants est cruciale pour la migration cellulaire et l'invasion tissulaire. Les géométries basées sur les surfaces minimales triplement périodiques (TPMS), en particulier les gyroïdes, sont les plus étudiées pour leur propriété biomorphique. Elles améliorent le transport de masse, favorisant ainsi l'adhésion, la prolifération cellulaire et l'invasion du tissu osseux et vasculaire. Si la plupart des études évaluant ces structures TPMS in vivo se sont limitées à évaluer le volume osseux final influencé par certains paramètres géométriques, l'analyse du processus complexe d'ossification, incluant l'aspect critique de la vascularisation, au sein de ces macrostructures reste incomplète. De plus, les effets d'un seul paramètre géométrique de structures TPMS sur l'invasion osseuse et vasculaire restent peu documentés. L'objectif de ce travail de thèse était de combler ces lacunes. La première étude de cette thèse a eu pour objectif d'étudier divers aspects de l'ostéogenèse et de l'angiogenèse guidées par des macrostructures gyroïdes placées dans des défauts de taille sous-critique au niveau de la calvaria chez le rat, en comparaison avec le processus de réparation osseuse spontanée. Deux types d'implants à base d'hydroxyapatite carbonatée de structure gyroïde, avec des configurations géométriques différentes influençant l'efficacité d'invasion osseuse, ont été utilisés. La cinétique de formation osseuse et l'étendue de l'invasion vasculaire (par perfusion vasculaire d'un agent de contraste) dans les défauts ont été évaluées en 3D par imagerie micro-CT et par des analyses histologiques. Nos résultats ont montré que l'ossification se produit dès 2 semaines au coeur des implants par ostéoconduction favorisant une répartition osseuse homogène, alors qu'elle se produit par apposition osseuse à partir des berges vers l'intérieur dans les défauts vides. L'observation parallèle du tissu osseux néoformé et de l'angiogenèse a révélé une absence de corrélation entre ces 2 paramètres, remettant en cause le paradigme dominant d'une association positive entre ostéogenèse et angiogenèse. Aussi, en comparant les deux types de macrostructures, nos résultats ont confirmé l'influence de la géométrie sur la cinétique d'ossification, les échafaudages avec la géométrie la moins propice l'invasion tissulaire (porosité et taille de pore plus faibles) entravent à la fois les stades précoces et tardifs de l'ostéogenèse, sans pour autant affecter l'étendue de la vascularisation. La seconde étude de cette thèse visait à décrypter les effets de paramètres géométriques (taille des pores, porosité et surface interne) sur l'invasion du tissu osseux et vasculaire dans des défauts de taille critique au niveau de la calvaria chez le rat. Six types de macrostructures gyroïdes avec différentes configurations géométriques internes ont été implantés. Comparé à un défaut laissé vide, la présence d'un implant augmente significativement la réparation du défaut avec un taux de comblement 4 fois supérieur et une répartition de l'os néoformé plus homogène. Le volume osseux néoformé dépend davantage de la porosité que de la taille des pores tandis que la surface interne n'a pas d'impact. L'absence de corrélation positive entre angiogenèse et ostéogenèse aussi bien en présence qu'en absence d'échafaudage est confirmée. Les cinétiques démontrent que si la formation osseuse augmente avec le temps post-chirurgie, en revanche, la vascularisation est déjà maximale dès la seconde semaine. L'ensemble de ces résultats améliorent notre compréhension sur les processus d'ossification et d'angiogenèse dans des macrostructures à base d'hydroxyapatite de géométrie interne gyroide pour la régénération osseuse.