Comportement physico-chimique de fibres de collagène extrudées in vitro

Internship proposal 2021-2022

Soft Matter Science and Engineering Laboratory, (SIMM)

Address: ESPCI, 10 Rue Vauquelin 75005 Paris

Chair: Etienne Barthel

Supervisors: Julie Brun (julie.brun (arobase) espci.fr) et Alba Marcellan (alba.marcellan (arobase) espci.fr)

Scientific description:

Les molécules de collagène, protéines majoritaires de la matrice extracellulaire (MEC), sont à l’origine des excellentes réponses mécaniques et physico-chimiques des tissus biologiques. Elles sont capables de s’auto-assembler en structures fibrillaires anisotropes1, grâce à une forte coopérativité d’interactions faibles dynamiques. Bien que le collagène soit souvent utilisé, il reste difficile d’atteindre les propriétés des tissus : la morphologie et la stabilité des fibres sont complexes à contrôler in vitro2,3.
Afin de créer des biomatériaux très orientés et résistants (comme le tendon), l’extrusion de fibre de collagène a été développée au laboratoire. Les fibres obtenues possèdent une rigidité élevée ( 1MPa), supérieure à celle des gels isotropes (bulk) bien qu’elles soient encore faibles devant le tendon (cf figure 1). Dans le but d’optimiser la réponse des fibres in vitro, des stratégies de renforcements sont envisagées en s’appuyant sur les paramètres d’extrusion, le taux d’étirement des fibres et en considérant notamment la nature des bains d’extrusion (pH, force ionique). Des assemblages de fibres seront également étudiés.
Figure 1Figure 1 │ Réponse en traction de gels de collagène : tissu natif de tendon (24 wt% en collagène) et matériaux in vitro (4.5 wt% collagène) en bulk et en fibre extrudée.

Ce stage vise à mieux comprendre la relation entre la structure (à différentes échelles) et la réponse mécanique (grandes déformation, échelles de temps) des fibres. L’anisotropie de la fibre sera quantifiée mécaniquement et optiquement pour évaluer l’orientation des molécules de collagène. L’étude microstructurale visera à mettre en lumière des structurations moléculaires (effet cœur peau, taille de fibrilles) de manière à investiguer les origines des réponses obtenues à l’échelle macroscopique.

Techniques utilisées. Le travail sera majoritairement expérimental et pluridisciplinaire allant de la synthèse aux diverses caractérisations : mécaniques (essais de traction, relaxation, cyclage et compression transverse), physico-chimiques (ATG, DSC, pH et conductimétrie, gonflement), morphologiques (micropscope à lumière polarisée et confocal, MEB). Le traitement des données sera à conduire dans le but d’obtenir une analyse fine de la réponse du matériaux.

Références
(1) Giraud-Guille, M.-M. Current Opinion in Solid State and Materials Science 1998, 3 (3), 221–227
(2) Gobeaux, F.; Belamie, E.; Mosser, G.; Davidson, P.; Panine, P.; Giraud-Guille, M.-M. Langmuir 2007, 23 (11)
(3) Lama, M.; Raveendranathan, B.; Brun, J.; Fernandes, F. M.; Boissière, C.; Nassif, N.; Marcellan. Macromolecular Bioscience 2021

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Practical information

Sciences et Ingénierie de la Matière Molle

Soft Matter Enginering and Science Laboratory - UMR 7615

10 rue Vauquelin
75231 PARIS CEDEX 05
FRANCE

  • Chair : E. Barthel
  • Vice Chairs : J.B. d’Espinose & G. Ducouret
  • Administration : F. Decuq, M.-T. Mendy & M. Hirano-Courcot
  • Communication : A. Hakopian & M. Ciccotti
  • Information Technology : A. Hakopian
  • Safety, Health and Environment Assistant : F. Martin

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