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Jeudi 3 novembre 2016 : Thèse de Kemie Ley-Ngardigal

Jeudi 3 novembre 2016 : Thèse de Kemie Ley-Ngardigal

- La thèse se déroulera le Jeudi 3 novembre 2016 en Salle des Thèses (Campus INP-ENSIACET) à 14h

Intitulé de la Thèse :
- "Effet d’additifs ioniques sur la précipitation de cristaux de pyrophosphate de calcium associés à l’arthrose"

Jury
- M. Jean-Michel BOULER, Laboratoire CEISAM - Université de Nantes,
Rapporteur
- M. Jaime Gómez Morales, Laboratorio Estudios Cristalográficos,
IACT,CSIC-UGR, Rapporteur
- M. Bernard MAZIERES, CHU de Toulouse - Université Paul Sabatier,
Examinateur
- M. Stéphane VEESLER, Laboratoire CINAM, CNRS, Examinateur
- Mme Béatrice BISCANS, Laboratoire de Génie Chimique, CNRS,
Co-Directrice de thèse
- Mme Christèle COMBES, CIRIMAT, INP Toulouse, Directrice de thèse

Résumé
- L’arthrose affecte une dizaine de millions de personnes en France. La présence de microcristaux calciques notamment ceux de pyrophosphates de calcium (CPP) dihydratés (Ca2P2O7∙2H2O ; mono- et/ou triclinique : respectivement m-CPPD et/ou t-CPPD) au sein de l’articulation est l’un des facteurs aggravant identifié de cette maladie. Cependant, les conditions et mécanismes de formation de ces cristaux ainsi que l’ordre d’apparition de ces deux phases de CPPD restent méconnus ou n’ont pas encore été entièrement décrits et les traitements existants sont seulement symptomatiques.
- Dans ce mémoire nous nous sommes intéressés à l’étude de l’effet d’additifs ioniques sur la formation et les cinétiques de croissance cristalline de cristaux de CPP qui constitue une étape clé pour la mise au point à moyen ou long terme d’une stratégie thérapeutique visant à empêcher la formation de ces cristaux, à les transformer ou à les dissoudre.
- Dans un premier temps, la synthèse in vitro par précipitation des phases pures de pyrophosphates de calcium hydratés d’intérêt biologique (m-CPPD, t-CPPD et CPP monoclinique tétrahydraté β) a été réalisée afin d’identifier les paramètres opératoires (concentrations, pH, température) conduisant à leur apparition et d’analyser l’effet d’additifs ioniques (Mg2+, Cu2+, Zn2+, Fe3+ ou S2O32-) lors de leur précipitation en conditions maîtrisées. Pour atteindre ces objectifs, la méthode de synthèse établie par Gras et al. a été transposée en réacteur agité. Il s’agit d’une précipitation avec ajout simultané de deux solutions mères respectivement de nitrate de calcium et de pyrophosphate de potassium dans une solution tampon d’acétate d’ammonium à l’aide de pousses seringues permettant un contrôle fin du débit. Les composés ainsi obtenus ont été caractérisés par diffraction des rayons X, résonance magnétique nucléaire du solide, spectroscopies FTIR et RAMAN, microscopie électronique à balayage et spectrométrie à plasma à couplage inductif. Grâce à une analyse semi-quantitative par diffraction des RX, nous avons montré que la présence d’additifs ioniques (Mg2+, Zn2+, Fe3+ ou Cu2+) lors de la précipitation change significativement les proportions des phases de CPP constituant le produit final. Ainsi nous montrons que les ions Mg2+, Cu2+ ou Zn2+ orientent la formation de cristaux de type m-CPPD lors de la précipitation en conditions maîtrisées de la phase t-CPPD, et selon les conditions l’ion Fe3+ peut totalement inhiber la cristallisation de t-CPPD. Des analyses fines par RMN du solide 31P ont permis de déterminer les modes d’action de ces additifs. Ainsi les ions Cu2+ et Mg2+ ont notamment agi par substitution au Ca2+ dans la maille de CPP.
- Complémentairement, nous avons mis en œuvre la méthode de croissance cristalline à composition constante pour étudier la germination et la croissance cristalline à température, pH, sursaturation et force ionique constants de t-CPPD sur des cristaux de semence de t-CPPD en présence ou non d’additif ionique. La semence est introduite dans une solution sursaturée métastable de pyrophosphate de calcium à pH 6,2 incluant l’additif ionique et placée dans un réacteur agité et thermostaté à 37°C. La sursaturation du milieu est calculée à l’aide du logiciel Phreeqc et les temps de germination ainsi que les vitesses initiales de croissance cristalline ont été déterminés. Les cristaux ont été analysés par spectroscopie FTIR et microscopie électronique à balayage. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l’influence d’additifs ioniques (Mg2+, Zn2+ ou Cu2+) sur les paramètres cinétiques de germination et de croissance cristalline de la phase t-CPPD. Ainsi les ions Cu2+ et Mg2+ ont respectivement inhibé partiellement et totalement la croissance cristalline de t-CPPD.
- Les résultats obtenus dans cette étude pourraient aider à expliquer la formation in vivo de cristaux de m-CPPD au sein des articulations de patients arthritiques alors que cette phase pure est difficile à obtenir in vitro par précipitation sans ions autres que Ca2+ et P2O74-. Ces résultats cinétiques pourront aussi donner une indication sur l’évolution du ratio des deux phases (m-CPPD et t-CPPD) formées in vivo dans les articulations arthrosiques et donner des pistes de traitement pour éviter la formation de ces cristaux inflammatoires ou orienter la formation de phases CPP non inflammatoires.

Mots Clefs
- Pyrophosphate de calcium, additifs ionique, Arthrose, précipitation.