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Les biomatériaux ostéoconducteurs
Caractérisation chimique de l'os
Apatite biologique
- Ca/P = 1,61 - non stoechiométrique (lacunaire)
Ca8,3 1,7 PO4 5.3 (HPO4, CO3)0,7 (OH, CO3)1,3 0,7
Fraction organique = Collagène de type I
(95 %) + d’autres protéines (BMPs)
Fraction minérale = 63 % du tissu osseux
Ostéoblaste
Chondrocyte
Ténocyte
Myotube
Adipocyte
Chondrogenèse Ostéogenèse
Myogenèse
Adipogenèse
Fibrogenèse
CSM
5-azacytidine
DXM Acide Ascorbique Beta-GP
DXM 10-7M TGFb1
DXM Insuline Indomethacine Isobutyl-methylxanthine
Pittenger, Science, 1999, 284 (5411)
Propriété passive … à recevoir la repousse osseuse de l’hôte … par invasion vasculaire et cellulaire … à partir du tissu osseux receveur … au contact du matériau (SOFROT) Nécessite un contact étroit avec l’os
receveur!
Ostéoconduction
Particules ostéoconductrices
Appositions sur l’os néoformé
Formation d’os à la surface des particules
Mécanisme général
Dans le même temps : dégradation progressive du biomatériau
Origine Humaine
autogreffe allogreffe
Grafton
Dynagraft
Substituts osseux
Origine animale
Xenogreffe (bovin)
Corail
Lubboc
Isobone 2
Endobon
Pyrost
Biocoral Pro-Osteon
5%
Origine synthétique
Ciments CaP
CaP Ceramique Bioverre
Biosel
Triosite
TCH
Eurocer
Etc…
Bioglass
Eurobone
Norian
Biobon/aBsm
Bonesourse
Cementek
10% 85%
D’après P. Lersch
Ostéoconducteur = Bio-activité
Sont exclus :
Les matériaux bio-inertes
• Céramiques denses
• Dérivés du ciment acrylique
• Matériaux métalliques
Les autogreffes – les allogreffes
promouvoir des réactions spécifiques à l'interface implant-tissu receveur
Les ostéoconducteurs essentiels
Les céramiques phospho-calciques, CPC
Les bioverres
Le corail
Les ciments ioniques ou hydrauliques, le plâtre de Paris! (implantations 1892)
Ostéconduction
Ptés mécaniques Primaires
Ciment PCa
HAp poreux
PLA/PGA
bTCP
Corail
Collagene
Allogreffe corticale
Bioverre
Xénogreffe spongieuse céramisée
Allogreffe spongieuse
PMMA
Comment caractériser-différencier un Ostéoconducteur?
• Ses capacités ostéoconductrices
• Son délai de résorption
• Ses qualités mécaniques
• Son type
Céramiques phospho-calciques : Composition
Ca/P
DCPD (brushite)
CPC biphasées
1
1,33
1,67
OCP
TCP
HA
1,5
Biosorb® Calciresorb®
Cerapatite® Ossatite®
60% HA 40% TCP
Triosite® Cérapatite®65 BCP®
Matériaux fragiles et peu résistants Résistance en flexion moyenne Résistance en compression variable
- 2-3 MPa pour les matériaux poreux - 20-30 MPa pour les matériaux denses
Chiffres variables d'un fabricant à l'autre, pour des céramiques tout à fait comparables ! BCP (2-3 MPa), Triosite (>10 MPa), Cerapatite 65 (25-30 MPa)
Céramiques phosphocalciques propriétés mécaniques
Paramètres influençant l’ostéoconductivité des céramiques
• Facteurs du matériau
Forme: épaisseur - granulométrie Structure: porosité Composition, proportion HA/TCP
• Facteurs / environnement Mécaniques Biologiques
Interactions entre le matériau et l’environnement
Macroporosité
Entre 100µ et 200µ > 60% de macroporosité résistance mécanique trop faible Cellules - angiogénèse - résorption
< 10µ ( < 5µ ? )
Essentielle pour la diffusion fluides biologiques et la dissolution …. donc OC!
Echanges ioniques (Ca - PO4)
Microporosité
Taille des interconnexions : passage C surface vers
profondeur Paramètre crucial 40µ ? 15µ - 30µ ?
Porosité d’Interconnexion
Influence de la Composition céramique HA/TCP
• Deux phases solubles = dégradable in vivo Solubilité TCP > HA
– % en TCP élevé : meilleure réactivité avec os (OC) – HA: mécanique +
Proportion variable selon les substitut commercialisés / Cahier des charges OC ou Prop. Mécaniques?
• Cristallinité / vitesse dégradation
• Caractéristiques de surface – Rugosité, nature chimique… cytotoxicité, adhésion c,
recrutement, prolifération…
Paramètres influençant l’ostéoconductivité des céramiques
• Facteurs / environnement – Mécaniques
Intégration = Stabilité
– Biologiques Intrinsèques: vasc, richesse moelle CSM, type os Technique de pose: avivement, position, contact
avec os…
25000 types, 97% Carbonate de calcium Porosité variable (20 à 50 %), macroporosité 100-300µ Propriétés mécaniques intéressantes (30 à 300 MPa) Utilisé chez l'homme depuis 1972
Fractures du calcanéum, du plateau tibial, arthrodèse du rachis...
Os néoformé de qualité médiocre Tolérance locale?
Corail
Bioverres
Hench, 1970 A base d'oxyde de silice Formation à sa surface d'une couche d'HA carbonatée identique à la phase minérale de l'os Exemples : Bioglass®
Ceravital® A/W vitrocéramique®
Excellent OC Propriétés mécaniques en flexion médiocres (ne pas utiliser sous forme massive dans les zones sollicitées) Applications : butée d'épaule, comblement
Regain d'intérêt dans le traitement de surface
Bioverres
Céramiques PC injectables
- Mélange extemporané d'un sel de calcium et d'un acide phosphorique - Obtention d'une pâte qui durcit en 10-15 mn - Macroporosité nulle
Céramiques injectables - Obtention par adjonction d'un polymère - Groupements chimiques sensibles au pH - Durcissement en 10 mn
Ciments hydrauliques
Calcibon®
Avantage
Pas de risques immunologiques Biocompatible Ostéointégration et « remplacement par de l’os
néoformé » Technique « mini-invasive » Radio-opaque
Les ciments phospho calciques Avantages
D’après P. Lersch
Contre-indiqué dans les cas de contraintes mécaniques sans ostéosynthèse
Implanter dans une cavité préférentiellement asséchée et en contact direct avec le tissu osseux vivant
Vérifier que le ciment a durci avant de refermer le site
Précautions d’utilisation
Les ciments phospho calciques Précautions d’emploi
Applications en orthopédie pédiatrique
Comblement d’un kyste par ciment hydraulique
Dossier A. Eid
4 ans Deuxième fracture sur Kyste anévrysmal
Comblent d’un kyste par CPC
1 mois post-opératoire
6 mois post-opératoire
Ostéotomie de valgisation
4 mois
Amyotrophie spinale de type 2
Camille, 12 ans
Utilisation de CPC
Rachis Myopathe et Amyotrophie spinale infantile
Plus de 50 cas : myopathes et ASI
Pas d’augmentation du taux d’infection
Pas de complications mécaniques supplémentaires Fusion +