Évaluation de la biostabilité des dispositifs médicaux : mise au point d’une nouvelle stratégie de simulation in vitro par voie photochimique et analyse de traces

Contexte et Enjeux : l'Ingénierie au service de la Santé

Le polyuréthane (PU) est un polymère stratégique pour les dispositifs médicaux (DM) implantables de haute performance (entrant dans la composition de dispositifs variés tels que les cathéters veineux centraux ou de chambre implantables, sondes urinaires ou de néphrostomie, gaines isolantes pour sondes cardiaques ou de neurostimulation implantables, etc…). Sa durabilité en milieu biologique est conditionnée notamment par sa résistance au stress oxydatif.

Le verrou technologique : les protocoles normés actuels (ISO 10993-13) peinent à isoler et quantifier les produits de dégradation en raison de leur extrême dilution. L'enjeu de cette thèse est de rompre avec les méthodes conventionnelles en proposant une approche issue de la photochimie pour simuler et accélérer le vieillissement oxydatif des matériaux en solution de manière contrôlée et représentative des processus biologiques.

Missions et Objectifs Scientifiques

Le(a) doctorant(e) sera au cœur d'un projet interdisciplinaire avec les objectifs suivants :

- Ingénierie d'un protocole de simulation : développer une méthode d'oxydation photo-assistée permettant une production constante de radicaux hydroxyles en solution, simulant le stress oxydatif pouvant être rencontré in-vivo, notamment via l’action des cellules du système immunitaire.

- Optimisation de la fenêtre analytique : optimiser un protocole expérimental pour le suivi des produits de dégradation en solution, levant ainsi les barrières de détection actuelles.

- Caractérisation multi-échelle

    ▪ Analyse de traces : Identification et quantification des molécules relarguées par chromatographie couplée avec la spectrométrie de masse haute résolution.

     ▪ Expertise Matériaux : suivi de la perte de masse, des propriétés mécaniques, de la fissuration et des modifications chimiques du polymère (FTIR, Raman, XPS, SEM).

- Validation et Corrélation Clinique : comparer la signature chimique des échantillons vieillis artificiellement avec des DM issus d'explantations cliniques pour valider la stratégie et déterminer des facteurs d'accélération fiables.

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Evaluation of the Biostability of Medical Devices: Development of a New Photochemical In Vitro Simulation Strategy and Trace Analysis

Context & Challenges: Engineering for Health
Polyurethane (PU) is a strategic polymer used in high‑performance implantable medical devices (MDs), found in various applications such as central venous or implantable port catheters, urinary or nephrostomy catheters, insulating sheaths for cardiac or neurostimulation leads, and many others. Its long‑term durability in biological environments is strongly influenced by its resistance to oxidative stress.

The technological bottleneck: Current standardized protocols (ISO 10993‑13) struggle to isolate and quantify degradation products due to their extremely low concentrations. The main challenge of this PhD is to break away from conventional approaches by developing a photochemistry‑based strategy to simulate and accelerate the oxidative ageing of materials in solution, in a controlled manner representative of biological processes.

Scientific Missions & Objectives

The PhD candidate will be at the heart of an interdisciplinary project with the following objectives:
- Engineering of a simulation protocol: Develop a photo‑assisted oxidation process enabling the constant generation of hydroxyl radicals in solution, mimicking the oxidative stress encountered in vivo, particularly through the activity of immune system cells.
- Optimization of the analytical window: Improve an experimental protocol for monitoring degradation products in solution, overcoming current detection limitations.
- Multi‑scale characterization:
        ▪ Trace analysis: Identification and quantification of released molecules using chromatography coupled with high‑resolution mass spectrometry.
         ▪ Materials expertise: Monitoring mass loss, mechanical properties, cracking, and chemical modifications of the polymer (FTIR, Raman, XPS, SEM).
- Clinical Validation & Correlation: Compare the chemical signatures of artificially aged samples with those of explanted clinical devices to validate the strategy and determine reliable acceleration factors.