Interactions entre CoCrMo et milieu cellulaire : De la corrosion à la tribocorrosion
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Abstract EN:
The long-term durability of joint replacements is based on their corrosion resistance and wear behavior. Whatever the materials used, degradation products (metal ions and wear debris) are formed due to the aggressiveness of body fluids and the biomechanics of the joints. Generally, these products are associated with post-operative complications and, as a result, their effects are critical clinical concerns. In this respect, tribocorrosion is a serious consideration in the performance of joint replacements. This work aims to contribute to the improvement of the understanding of the degradation mechanisms of a CoCrMo alloy, used as a joint prosthesis, by understanding the coupling of mechanical loads and cellular activity. This thesis has been structured according to a progressive approach, which begins with the study of the electrochemical behavior of a simulated physiological environment conducive to cell culture (RPMI-1640). Metal alloys and cells were successively added to the study system. The tests revealed that the oxidation of CoCrMo is accelerated in the presence of carbonaceous species and organic compounds, and that the cells are involved in the release of metal ions. A biotribocorrosion device has been developed to evaluate the influence of degradation products on cellular metabolism. This comprehensive multidisciplinary study combined experimental techniques from electrochemistry, biology and tribology to highlight the importance of biomaterial surface chemistry on tribocorrosion resistance and cytotoxicity. Finally, an experimental methodology was proposed in this work, in order to better understand the interaction between simulated physiological fluids and biomaterials.
Abstract FR:
La durabilité à long terme des prothèses articulaires repose sur leur résistance vis-à-vis de la corrosion et leur comportement à l'usure. Quels que soient les matériaux utilisés, des produits de dégradation (ions métalliques et débris d’usure) se forment, du fait de la corrosivité des fluides corporels et de la biomécanique des articulations. Généralement, ces produits sont associés aux complications post-opératoires et en conséquence, leurs effets constituent des préoccupations cliniques critiques. A cet égard, la tribocorrosion est une considération sérieuse dans la performance des prothèses articulaires. Ce travail vise à contribuer à l'amélioration de la compréhension des mécanismes de dégradation d’un alliage de CoCrMo, utilisé en tant que prothèse articulaire, en appréhendant le couplage de charges mécaniques et l’activité cellulaire. Cette thèse a été entreprise selon une approche itérative, qui débute par l’étude du comportement électrochimique du milieu physiologique simulé, propice à la culture cellulaire (le RPMI-1640). L’alliage métallique et les cellules ont successivement été ajoutés au système d’étude. Les essais ont révélé que l'oxydation du CoCrMo est accélérée en présence d'espèces carbonées et de composés organiques, et que les cellules interviennent sur la libération d’ions métalliques. Un dispositif de biotribocorrosion a été développé dans le but d’évaluer l’influence des produits de dégradation sur le métabolisme cellulaire. Cette étude multidisciplinaire exhaustive a combiné des techniques expérimentales d’électrochimie, de biologie et de tribologie, afin de souligner l'importance de la chimie de surface du biomatériau sur sa résistance à la tribocorrosion et son caractère cytotoxique. Finalement, une méthodologie expérimentale a été proposée dans ce travail, en vue de mieux comprendre l’interaction entre les fluides physiologiques simulés et les biomatériaux.