Etude physico-chimique et structurale de pyrophosphates de calcium hydratés : application aux micro-calcifications associées à l’arthrose

Abstract

Ce mémoire porte sur l’étude de pyrophosphates de calcium hydratés (CPP : Ca2P2O7•nH2O), composés rencontrés dans des micro-calcifications pathologiques associées à l’arthrose et, dans certains cas, responsables d’arthropathie destructive. Ces cristaux, présents dans les articulations de patients arthritiques, possèdent un fort potentiel inflammatoire susceptible d’engendrer une dégradation aigüe du cartilage. Cependant, les mécanismes de formation des phases de CPP et d’activation de leur potentiel inflammatoire n’ont pas encore été entièrement décrits. Nous nous sommes intéressés à l’étude des conditions de formation des différentes phases de pyrophosphates de calcium hydratés in vitro ainsi qu’à la caractérisation fine de chacune des phases d’intérêt biologique avec des outils de laboratoire et de grands instruments afin de mieux comprendre leurs propriétés physico-chimiques et d’améliorer leur identification in vitro et in vivo. Dans un premier temps, un protocole de synthèse a été établi permettant la synthèse de quantités importantes de chacune des phases pures de CPP (CPP amorphe, CPP dihydratés monoclinique et triclinique et CPP tétrahydraté). Les conditions de synthèse associées à la formation de chacune de ces phases, pH et température notamment, ont été explorées. Des échantillons purs ont été utilisés comme références pour les différentes études physico-chimiques et structurales qui ont ensuite été menées. Les échantillons de référence ont été caractérisés finement, d’un point de vue structural avec notamment la résolution de plusieurs structures cristallines (diffraction des rayons X et des neutrons, sur poudre et monocristal) mais aussi au travers de différentes analyses spectroscopiques (spectroscopies FTIR et Raman, RMN du solide) et d’analyses de la morphologie des cristaux (microscopies électroniques à balayage et en transmission, diffraction électronique). Chacune de ces analyses complémentaires, couplées à des modélisations ab initio, a permis de préciser les hypothèses suggérant un rôle de la surface des cristaux dans le potentiel inflammatoire de ces phases. Une troisième partie est consacrée à l’exploration de différentes techniques de synthèse mettant en œuvre différents milieux (cristallisation en solution et en gel). Ces expériences ont permis d’établir des comparaisons avec les processus de formation observés in vivo et d’évolution in vitro à haute température des phases de CPP. Finalement des études ex vivo de cartilages calcifiés seront présentées, mettant en évidence les avantages de ces techniques de caractérisation de laboratoire comme outils de diagnostic. Ce travail permet ainsi de préciser les mécanismes physico-chimiques liés aux différentes phases de CPP in vitro et in vivo afin de mieux comprendre la formation de ces phases et leur potentiel inflammatoire associé, tout en améliorant les possibilités de diagnostic des arthropathies microcristallines.