Développement Et Caractérisation de Biocéramiques Microstructurées Biodégradables Et Antibactériennes.

**Développement et caractérisation de biocéramiques microstructurées biodégradables et antibactériennes. // Development and characterization of microstructured anti-bacterial degradable bioceramics**:

- Réf **ABG-131852**
**ADUM-65852**
- Sujet de Thèse
- 13/05/2025
- Contrat doctoral
- Université de Limoges
- Lieu de travail- LIMOGES CEDEX 3 - Nouvelle Aquitaine - France
- Intitulé du sujet- Développement et caractérisation de biocéramiques microstructurées biodégradables et antibactériennes. // Development and characterization of microstructured anti-bacterial degradable bioceramics
- Champs scientifiques- Chimie
- Mots clés- Hydroxyapatite, biocéramique, frittage, dégradation
Hydroxyapatite, bioceramic, sintering, degradation

**Description du sujet**:

- L'ostéomyélite, une infection du tissu osseux, demeure un problème majeur de santé publique. Les thérapies traditionnelles, telles que la greffe osseuse et l'administration systémique d'antibiotiques, ne délivrent qu'une faible concentration médicamenteuse sur le site infecté et peuvent favoriser l'antibiorésistance. Il est donc crucial de développer des substituts osseux biodégradables dotés de propriétés antibactériennes intrinsèques permettant un traitement local.
Parmi les substituts osseux synthétiques, les biocéramiques à base de phosphates de calcium (CaP), en particulier l'hydroxyapatite (HA) et le β-phosphate tricalcique (β-TCP), suscitent un vif intérêt en raison de leur similitude chimique avec l'os. L'HA est capable d'accueillir diverses substitutions ioniques telles que les ions cuivre, reconnus pour leurs propriétés antibactériennes formant ainsi l'HA dopée au cuivre (CuHA) mais l'HA n'est pas résorbable. Pour y palier, l'hydroxyapatite carbonatée (CHA), dont la biodégradation dépend de sa teneur en ions carbonate, représente une alternative prometteuse. Cette modulation peut être obtenue grâce à un contrôle précis de la synthèse et d'un frittage sous une atmosphère riche en CO₂.
La stratégie du projet repose donc sur le développement, par réaction à l'état solide, de composites céramiques CHA-CuHA purs, combinant une matrice biodégradable à base de CHA avec des ions cuivre relargués par le composite. L'originalité réside dans la combinaison d'une biodégradabilité sur mesure et d'une activité antibactérienne locale au sein d'un même matériau, grâce à un contrôle approfondi des propriétés physico-chimiques des céramiques.
Ainsi, l'objectif principal de cette thèse est de développer des composites CHA-CuHA avec des proportions contrôlées de CHA et de CuHA ainsi qu'une microstructure bien définie. Les poudres de CHA seront synthétisées par précipitation aqueuse avec différentes quantités d'ions carbonate. Les composites contenant du cuivre seront préparés par réaction à l'état solide. Après caractérisations physico-chimiques des mélanges de poudres l'aptitude au frittage des composites sera étudiée afin de produire une gamme de diverses compositions et microstructures. Plusieurs paramètres tels que vitesse de chauffage, température, atmosphère et composition, seront évalués de manière systématique pour déterminer les protocoles de frittage optimaux en fonction du ratio final CHA/CuHA, de la microporosité et des propriétés mécaniques.
Le second objectif est d'évaluer le comportement en dégradation et l'activité antibactérienne des composites CHA-CuHA, ainsi que leur effet synergique. Pour ce faire, des tests in vitro en conditions acellulaires seront réalisés afin d'évaluer le potentiel de dissolution des composites CHA-CuHA. Pour une compréhension approfondie de leur comportement en dégradation, ces tests seront complétés par des expériences de résorption utilisant des cellules ostéoclastiques humaines réalisées au laboratoire SAINBIOSE (partenaire du projet, Mines Saint Etienne, France). En parallèle, des expériences antibactériennes seront menées pour évaluer leur performance dans un contexte d'ostéomyélite. Une attention particulière sera portée à la caractérisation approfondie des céramiques à l'échelle macro
- et microscopique, ainsi qu'à leurs sous-produits avant et après les expériences biologiques, afin de mieux comprendre les interactions entre les propriétés des céramiques et leur comportement biologique.

Osteomyelitis, a bone tissue infection, remains a major healthcare issue. Traditional therapies like bone grafting and systemic antibiotics often fail to deliver adequate drug concentrations to the infected site and may contribute to antibioresistance. As a result, there is a critical need for biodegradable bone grafts with inherent antibacterial properties to enable localized treatment.
Among synthetic bone graft substitutes, calcium phosphate (CaP) bioceramics—particularly hydroxyapatite (HA) and β-tricalcium phosphate (β-TCP)—are of great interest due to their chemical similarity to bone. In particular, hydroxyapatite can accommodate various ionic substitutions, including copper ions, which are known for their antibacterial pr