Créer un émail dentaire naturel grâce à un biomatériau

Vous étudiez les interfaces entre matériaux inorganiques et systèmes biologiques. Sur quoi portent concrètement vos recherches ?

Mon travail inclut des études fondamentales qui permettent de comprendre, par exemple, comment une molécule d'intérêt biologique, comme une protéine ou un peptide, se comporte à la surface d'un matériau, ou comment une biomolécule est impliquée dans la fabrication d'une matière minérale telle que l'os. Je mène également des investigations au plus près de la réalité biologique. J’étudie, par exemple, des tissus biologiques minéralisés (os, cartilages, etc.), et les phénomènes de calcification associés, comme l’arthrose. J’utilise pour cela des techniques de caractérisation de surface qui me permettent de sonder les informations à l’échelle du nanomètre.

Ce domaine, pour lequel je travaille en étroite interaction avec des biologistes, joue un rôle central notamment dans le développement d’implants ou de prothèses. Car, lorsque l’on introduit un nouveau matériau dans le corps, des protéines de l’organisme vont venir s'accrocher sur sa surface. Et les phénomènes d'inflammation, de rejet, etc., qui peuvent apparaître, dépendent fortement de la façon dont elles vont s’organiser à la surface de ce matériau.

Racontez-nous comment est né le projet Toothmimic, lauréat de l'appel à projets de l'institut de science des matériaux (Imat) ?

J’ai profité d’une délégation CNRS pour entamer une collaboration avec le laboratoire biomécanique et bio-ingénierie (BMBI) de l’UTC. Avec l’un des collègues de ce laboratoire, Karim El Kirat, nous avons développé une approche biomimétique permettant de mieux contrôler le processus de minéralisation, c’est-à-dire la formation de phosphate de calcium (principal constituant de l’os et des dents).

Pour cela, nous nous sommes inspirés de ce qui se passe dans la nature en utilisant des enzymes. Le recours à ces protéines capables d’accélérer les réactions a rendu possible la fabrication de matériaux difficilement réalisables avec la chimie classique. Elle nous a ainsi permis d’élaborer un phosphate de calcium dont les propriétés sont très proches de celles observées dans le phosphate de calcium naturel.

Forts de ce succès, nous avons voulu avec Christophe Egles, biologiste à l’UTC, appliquer cette méthode pour fabriquer une structure minéralisée semblable à l’émail dentaire.

Quels sont ses objectifs ?

La dégradation des dents, qui se traduit par la formation de caries, résulte d’une interaction longue et complexe entre des bactéries qui produisent de l’acide et des carbohydrates fermentables (des sucres) dans un environnement particulier (dents, salive). Parce que l’émail, contrairement à l’os, ne se régénère pas, le recours à des implants dentaires est fréquent. Mais il échoue dans 5 à 10% des cas (et jusqu’à 20% des cas chez les fumeurs) généralement en raison d’une mauvaise association entre dent et implant.

Pour améliorer cette interface implant/dent, notre objectif est d’utiliser l’approche enzymatique que nous avons développée pour fabriquer un matériau dont la composition et la morphologie ressemblent à celles de l’émail dentaire naturel : une structure en forme de prisme, dépourvue de cellules et composée essentiellement de phosphate de calcium fluoré.

Nous regarderons ensuite comment l’interface entre l’implant et la dent va évoluer dans le temps et si notre solution est durable ou non.

Comment travaillez-vous avec l’UTC pour ce projet ?

J’ai établi des liens forts avec l’UTC et en particulier avec les collègues du laboratoire BMBI qui m’ont accueilli pendant mes deux années de délégation CNRS. En tant que membre associé de ce laboratoire, j’échange régulièrement avec eux, ce qui facilite beaucoup l’avancement de ce type de projets interdisciplinaires. L'accès aux équipements de nos deux laboratoires respectifs (BMBI/LRS) est facilité pour nos doctorants qui peuvent désormais faire des expérimentations tant sur le campus Pierre et Marie Curie que sur celui de l’UTC. Avec Toothmimic, la collaboration entre le LRS ¹ et le BMBI, déjà soutenue par les directrices des deux unités, sera je l’espère renforcée.

Enfin, nous allons pouvoir nous appuyer sur la longue expérience de l’UTC en matière de propriété industrielle pour, à terme, breveter notre approche, si nos résultats s’avèrent concluants.

Que vous apporte la création d’un institut de science des matériaux à Sorbonne Université ?

L'Imat offre d’abord un soutien à notre thématique. Grâce au financement de thèse par l’institut, nous avons eu la chance de sélectionner une candidate très motivée et qui a déjà travaillé dans le domaine de la biominéralisation.

En interne, l’institut permet d’unir nos forces. Nous travaillons de plus en plus sur des projets de recherche pluridisciplinaires, et le fait que l’institut réunisse différentes spécialités autour des matériaux, nous permet de trouver rapidement un partenaire pour nos projets.

A l’extérieur, l’institut donne une meilleure visibilité à notre recherche et permet de nous positionner par rapport aux autres instituts internationaux en sciences des matériaux.

¹ LRS (Sorbonne Université/CNRS)