Eneko ELEZGARAY
soutiendra sa thèse
Le 25 novembre 2025 à 14h à l’IRCM
« Conception d’un ciment combiné à base de phosphates de calcium pour le traitement de l’infection osseuse »
« Design of a calcium phosphates-based composite cement for the treatment of bone infection »
devant le jury composé de :
– Tristan FERRY, infectiologue et coordinateur du CRIOAc, Lyon – Rapporteur
– Christophe DROUET, Directeur de recherche, CIRIMAT (UMR 5085), Toulouse – Rapporteur
– Gilles SUBRA, professeur des universités, IBMM, Montpellier – Examinateur
– Catherine FLACARD, Directrice compliance et innovation, Noraker, Lyon – Examinatrice
– Mikhael BECHELANY, Directeur de Recherche CNRS, IEM, Montpellier – Directeur de thèse
– Vincent CAVAILLES, Directeur de Recherche CNRS, IRCM, Montpellier – Co-directeur de thèse
Résumé :
Au cours de la vie, le tissu osseux peut être exposé à des bactéries, suite au traitement de certaines pathologies ou la pose d’implants, pouvant provoquer des infections osseuses. Même si le traitement est possible, ces dernières années les souches bactériennes résistantes aux antibiotiques complexifient la prise en charge. Il apparaît que le simple traitement systémique n’est souvent pas assez efficace, du fait de la faible vascularisation des os. Les substituts osseux synthétiques utilisés, pour leurs bonnes capacités d’ostéointégration et leur faible coût, peuvent être utilisés comme supports pour le chargement d’agents antibactériens pour une délivrance locale sans se substituer aux traitements systémiques, lors du
traitement des infections osseuses.
L’objectif des travaux est d’étudier les propriétés physico-chimiques, et biologiques d’un ciment commercial à base de phosphates de calcium, combiné avec deux antibiotiques, seuls ou en combinaison, la gentamicine et la vancomycine, afin de pouvoir proposer un ciment avec des propriétés intermédiaires à ceux déjà sur le marché. Le premier axe traite de la caractérisation des propriétés physico-chimiques du ciment après l’ajout des antibiotiques, pour essayer de comprendre les interactions entre les antibiotiques et le ciment lors de sa prise. Les tests sont réalisés avec des formulations d’antibiotiques vouées à la recherche, mais aussi avec des références disponibles en milieu hospitalier. Les cinétiques de relargage depuis la matrice de ciment ont été étudiées. Enfin, la mise en lumière de l’effet antibactérien sur des bactéries sous formes planctoniques ou sessiles (biofilm) a été évaluée in vitro. Une étude préliminaire in vivo a aussi été menée afin d’apprécier la vitesse de dégradation du ciment. Les propriétés physico-chimiques obtenues sont comparables à celles d’un ciment à base de sulfate de calcium. Le relargage des antibiotiques garantit une concentration plusieurs dizaines de fois supérieure aux concentrations minimales inhibitrices de souches représentatives des infections osseuses, dans les premières heures, et le maintien de concentrations supérieures à ces valeurs pendant au moins 49 jours. Un effet antibactérien puissant a été montré contre des bactéries sous forme planctonique et sous forme sessile, qui est d’autant plus marqué avec la combinaison des deux antibiotiques contre des souches méthicilline résistantes. Le deuxième axe de la thèse vise à trouver une alternative à l’utilisation des antibiotiques. Pour cela, l’utilisation de cuivre sous différentes formes, ajout de nanoparticules de cuivre, ainsi que le dopage d’une phase de phosphate de calcium ont été envisagés. Cependant, l’effet sur les propriétés physico-chimiques du ciment est trop important et aucun effet antibactérien n’est observé avec l’ajout de nanoparticules de cuivre.
Abstract:
During life, bone tissue can be exposed to bacteria as a result of treatment for certain conditions or the insertion of implants, which can cause bone infections. Although treatment is possible, in recent years’ antibiotic-resistant bacterial strains have made treatment more complex. It appears that systemic treatment alone is often not effective enough due to the low vascularisation of bones. Synthetic bone substitutes, used for their good osteointegration properties and low cost, can be used as carriers for antibacterial agents for local delivery without replacing systemic treatments in the treatment of bone infections.
The aim of the work is to study the physicochemical and biological properties of a commercial calcium phosphate based cement combined with two antibiotics, either alone or in combination, gentamicin and vancomycin, in order to be able to offer a cement with properties intermediate to those already on the market. The first area focuses on characterising the physicochemical properties of cement after the addition of antibiotics, in order to understand the interactions between antibiotics and cement during setting. Tests are carried out using antibiotic formulations intended for research purposes, as well as references available in hospitals. The kinetics of release from the cement matrix have been studied. Finally, the antibacterial effect on planktonic or sessile (biofilm) bacteria was evaluated in vitro. A preliminary in vivo study was also conducted to assess the rate of cement degradation. The physicochemical properties obtained are comparable to those of calcium sulphate-based cement. The release of antibiotics guarantees a concentration several dozen times higher than the minimum inhibitory concentrations of strains representative of bone infections in the first few hours, and the maintenance of concentrations above these values for at least 49 days. A powerful antibacterial effect has been demonstrated against planktonic and sessile bacteria, which is even more pronounced with the combination of the two antibiotics against methicillin resistant strains. The second focus of the thesis aims to find an alternative to the use of antibiotics. To this end, the use of copper in various forms, the addition of copper nanoparticles, and the doping of a calcium phosphate phase were considered. However, the effect on the physicochemical properties of cement is too significant, and no antibacterial effect is observed with the
addition of copper nanoparticles.
