Thèse Biomatériaux 3D pour la Régénération Osseuse en Chirurgie Orthopédique et Traumatologie H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : ISCE - Ingénierie pour la Santé la Cognition et l'Environnement Laboratoire de recherche : Biologie et Biotechnologie pour la Santé Direction de la thèse : Catherine PICART ORCID 0000000301301000 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59 La reconstruction de défauts osseux de taille critique dans les os longs reste un défi pour les cliniciens. Dans le domaine de la chirurgie orthopédique et de la traumatologie, la greffe osseuse naturelle reste la principale méthode pour réparer les os. Cependant, cette greffe présente des inconvénients, car elle nécessite plusieurs chirurgies, engendre des douleurs chez le patient et une récupération physique lente. De plus, la quantité de greffe osseuse est limitée. C'est pourquoi des substituts de greffe osseuse ont été mis au point, principalement à base de matériaux céramiques dont la composition est proche celle de l'os. Ceux-ci peuvent sont bien adaptés pour réparer des défauts osseux de petite taille, mais ne peuvent pas être utilisés pour de gros défauts osseux (> 2 cm3) car ils sont mécaniquement fragiles. L'équipe BRM a mis au point un matériau 3D bioactif, qui est constitué d'un implant en polymère synthétique fabriqué par impression 3D, lui-même enduit sur toutes ses surfaces (interne, externe), par un film biomimétique. Ce film contient une protéine capable d'activer la régénération de l'os, la protéine morphogénétique osseuse (BMP-2). Ce matériau 3D bioactif a été testé chez le mini-cochon et chez le mouton, prouvant qu'un gros défaut osseux peut être régénéré s'il est stimulé activement et guidé dans sa régénération. Dans ce projet, il s'agira de développer une solution innovante pour la chirurgie orthopédique et la traumatologie. Le but est de réparer des fractures et traumatismes osseux difficiles à réparer, notamment pour les os longs (tibia, fémur), les jonctions entre os (fusions) et les fractures ouvertes.

Dans un premier temps, les indications où les besoins cliniques sont les plus importants en réparation osseuse dans le domaine de la chirurgie orthopédique seront identifiés. L'état de l'art sera réalisé, c'est-à-dire la compréhension des pratiques actuelles, et les indications seront classées par ordre d'importance.
Puis un cahier des charges techniques sera rédigé pour chaque indication ciblée, en considérant les deux principales.
Le matériau et la méthode de fabrication les plus adaptés pour répondre à chaque indication seront alors définis, de même que la conception de l'implant (forme, géométrie, porosité, propriété mécanique).
Dans un troisième temps, une preuve de concept de la production d'implant 3D pour la chirurgie orthopédique sera réalisée en les fabricant à l'aide d'une imprimante 3D. Pour cela, après conception des implants, une imprimante à fusion de filament (Fused Deposition Modeling) sera employée pour réaliser les prototypes en polymère synthétique (acide polylactique). Les implants seront caractérisés visuellement, qualitativement, et quantitativement par microscopie. Ils seront également testés mécaniquement.
Ce projet associera deux équipes expertes dans leur domaine. Cette première collaboration entre ces deux équipes mènera à l'ingénierie de nouveaux implants 3D bioactifs pour réparer les pertes osseuses étendues en orthopédie et traumatologie du sport.
The reconstruction of critically large bone defects in long bones remains a challenge for clinicians. In the field of orthopedic surgery and traumatology, autologous bone grafting remains the primary method for repairing bones. However, this procedure has drawbacks, as it requires multiple surgeries, causes pain for the patient, and results in a slow physical recovery.
Biomaterials can be developed to replace bone grafts.
The objective is to propose a new solution to repair large bone trauma in the field of orthopedics, especially for long bone like tibia and femur. This solution will be based on 3D bioactive materials made by 3D printing of polymers, and containing the most potent bone inducers, the bone morphogenetic proteins (BMPs). A bibliographic analysis will first be done using the common tools for bibliographic search (ISI Web of Science, Pubmed, Clinical Trials...) to search for biomaterials used to treat pseudoarthritis and bone fusion
Next, a design for the new biomaterials will be proposed, after careful examination of the constraints and criteria, notably, in terms of selection of polymer type and fabrication method. A study of the mechanical requirements will be done since these bones are load-bearing.
Finally, prototypes will be fabricated and tested in vitro.

Ingénieur-e généraliste avec un socle en science des matériaux, modélisation, polymères