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 +