Grafts aside, current strategies employed to overcome bone loss still fail to reproduce native tissue physiology. Among the emerging bioprinting strategies, laser-assisted bioprinting (LAB) offers very high resolution, allowing designing micrometric patterns in a contactless manner, providing a reproducible tool to test ink formulation. To this date, no LAB associated ink succeeded to provide a reproducible ad integrum bone regeneration on a murine calvaria critical size defect model. Using the Conformité Européenne (CE) approved BioRoot RCS® as a mineral addition to a collagen-enriched ink compatible with LAB, the present study describes the process of the development of a solidifying tricalcium silicate-based ink as a new bone repair promoting substrates in a LAB model. This ink formulation was mechanically characterized by rheology to adjust it for LAB. Printed aside stromal cells from apical papilla (SCAPs), this ink demonstrated a great cytocompatibility, with significant in vitro positive impact upon cell motility, and an early osteogenic differentiation response in the absence of another stimulus. Results indicated that the in vivo application of this new ink formulation to regenerate critical size bone defect tends to promote the formation of bone volume fraction without affecting the vascularization of the neo-formed tissue. The use of LAB techniques with this ink failed to demonstrate a complete bone repair, whether SCAPs were printed or not of at its direct proximity. The relevance of the properties of this specific ink formulation would therefore rely on the quantity applied in situ as a defect filler rather than its cell modulation properties observed in vitro . For the first time, a tricalcium silicate-based printed ink, based on rheological analysis, was characterized in vitro and in vivo , giving valuable information to reach complete bone regeneration through formulation updates. This LAB-based process could be generalized to normalize the characterization of candidate ink for bone regeneration.

Introduction: Guided bone regeneration (GBR) procedures require selecting suitable membranes for oral surgery. Pullulan and/or dextran-based polysaccharide materials have shown encouraging results in bone regeneration as bone substitutes but have not been used to produce barrier membranes. The present study aimed to develop and characterize pullulan/dextran-derived membranes for GBR. Materials and methods: Two pullulan/dextran-based membranes, containing or not hydroxyapatite (HA) particles, were developed. In vitro, cytotoxicity evaluation was performed using human bone marrow mesenchymal stem cells (hBMSCs). Biocompatibility was assessed on rats in a subcutaneous model for up to 16 weeks. In vivo, rat femoral defects were created on 36 rats to compare the two pullulan/dextran-based membranes with a commercial collagen membrane (Bio-Gide^®). Bone repair was assessed radiologically and histologically. Results: Both polysaccharide membranes demonstrated cytocompatibility and biocompatibility. Micro-computed tomography (micro-CT) analyses at two weeks revealed that the HA-containing membrane promoted a significant increase in bone formation compared to Bio-Gide^®. At one month, similar effects were observed among the three membranes in terms of bone regeneration. Conclusion: The developed pullulan/dextran-based membranes evidenced biocompatibility without interfering with bone regeneration and maturation. The HA-containing membrane, which facilitated early bone regeneration and offered adequate mechanical support, showed promising potential for GBR procedures.

La régénération osseuse guidée (ROG) est l’une des techniques les plus couramment utilisées pour la régénération des pertes de substance osseuses maxillaire et mandibulaire. Cette technique fait appel à une membrane jouant un rôle barrière pour préserver le défaut osseux de l’infiltration cellulaire des tissus mous environnants. Deux grands types de membranes sont retrouvées en pratique clinique : les membranes non-résorbables et les membranes résorbables. Les membranes dérivées de substances naturelles plus particulièrement à base de collagène sont les plus utilisées mais leur mauvaise tenue mécanique et le potentiel risque de transmission d’agents pathogènes limitent leur utilisation. L’objectif de ces travaux de thèse a été de développer une membrane résorbable issue de polysaccharides (le pullulane et le dextrane) pour la ROG. La première partie de ces travaux s’est intéressé à la caractérisation de deux membranes polysaccharidiques combinées ou non à des particules d’hydroxyapatite (HA). L’évaluation in vitro et in vivo de leur toxicité, ainsi que leur potentiel ostéogénique ont été évalués chez le rat et ont permis de sélectionner la membrane combinée à de l’HA pour la suite des travaux. Dans une seconde partie, un nouveau modèle préclinique maxillaire a été développé chez le rat pour l’évaluation de biomatériaux pour la ROG en chirurgie orale et maxillofaciale. La membrane polysaccharidique précédemment sélectionnée a été implantée dans ce défaut et comparée à une membrane couramment utilisée en pratique clinique pour évaluer son intérêt en ROG. Bien que des études précliniques utilisant de plus larges animaux soient requis pour un transfert vers la clinique, le modèle proposé ici permet une première approche pour le développement de matériaux destinés à la ROG. La membrane polysaccharidique combinée à de l’HA semblerait prometteuse pour une utilisation en régénération osseuse. Afin d’améliorer sa bioactivité, son association avec des principes actifs pour favoriser l’angiogenèse et l’ostéogénèse sera développée.