Les substituts osseux synthétiques

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1 FSI18-FDM- BHA- 004, Auteur ABI/TSE le 07/09/05 (ABI), vérificateur DC/JMB le (), vérificateur DTD/TSA le (), approbateur DQ/DDR le () Les substituts osseux synthétiques II. Les substituts osseux Caractéristiques techniques de la gamme EXEMPLES D UTILISATIONS «Reprise de prothèse de hanche» «Reconstruction acétabulaire» II. Les substituts osseux Caractéristiques techniques de la gamme 1

2 EXEMPLES D UTILISATIONS «Arthrodèse vertébrale ou cervicale : remplissage de cage» EXEMPLES D UTILISATIONS «Comblement osseux après résection de tumeur» Maîtrise Orthopédique n 125 Maîtrise Orthopédique n 125 «Comblement osseux en chirurgie r éparatrice» «Comblement osseux dans des cas de fusion vertébrale ou cervicale» «Comblement de site de prélèvement iliaque» EXEMPLES D UTILISATIONS «Ostéotomie tibiale» EXEMPLES D UTILISATIONS «CHIRURGIE DENTAIRE» Membrane sinusienne relev ée «Comblement parodontal» «Chirurgie implantaire : élévation sinusienne» Substitut osseux Membrane résorbable Particules d os autologue «Comblement apicale» «Chirurgie implantaire : élévation de la crête alvéolaire» 2

3 L OS NATUREL ET SES MECANISMES DE REMODELAGE «Os Long» II. Les substituts osseux OS NATUREL : COMPOSITION Collagène + cristaux d hydroxyapatite (polymère) + (céramique Ca 10(PO 4) 6(OH) 2 ) Epiphyse Diaphyse Cartilage Tissu osseux spongieux Canal médullaire Os compact Périoste Caractéristiques techniques de la gamme Os compact = fonction mécanique Os spongieux = fonction métabolique Métaphyse Epiphyse L OS NATUREL ET SES MECANISMES DE REMODELAGE L OS NATUREL ET SES MECANISMES DE REMODELAGE «Structure de l os long» Artère Périoste Système circonférentiel externe Ostéone Lamelles d un Ostéone «L os Un tissus en perpétuel renouvellement» Vaisseaux des canaux de Wolkmann Trébécules d os spongieux 3

4 L OS NATUREL ET SES MECANISMES DE REMODELAGE «La formation de l os par les ostéoblastes» L OS NATUREL ET SES MECANISMES DE REMODELAGE «La résorption de l os par les ostéoclastes» Ostéoblaste µm Schéma d un ostéoclaste Ostéoclaste 100 µm L OS NATUREL ET SES MECANISMES DE REMODELAGE «Le remodelage» Le remodelage est stimulé par les contraintes mécaniques. Ainsi, la structure de l os lui permet de s opposer de façon optimale aux contraintes qui lui sont imposées II. Les substituts osseux Caractéristiques techniques de la gamme 4

5 LES DIFFERENTS TYPES DE SUBSTITUTS OSSEUX LES PHOSPHATES DE CALCIUM CLASSIFICATION DES PHOSPHATES DE CALCIUM EN FONCTION DE LEUR VITESSE DE RESORPTION HAP < HAP déficiente en Ca < oxy-hap < b-tcp < a-tcp < TCPM ASSOCIATION DE DEUX PHOSPHATES DE CALCIUM L Hydroxyapatite (HAP) Ca 10(PO 4) 6OH 2 Le Phosphate tricalcique β (TCP) Ca 3(PO 4) 2 BIPHASES : HAP/TCP MATERIAUX BIOCOMPATIBLE, OSTEOCONDUCTEUR ET SEMI-RESOEBABLE II. Les substituts osseux Caractéristiques techniques de la gamme Exemple : «ostéotomie tibiale» Images : site Internet Ma îtrise Orthopédique CAHIER DES CHARGES CAHIER DES CHARGES SUBSTITUT OSSEUX 1. Biocompatible 2. Ostéoconducteur 3. Biorésorbable 4. De forme adaptable 5. Résistant mécaniquement 5

6 -Forme -Microporosité LES PROPRIETES DES SUBSTITUTS OSSEUX Blocs géométriques - Composition Hydroxyapatite «HAP» Phosphate Tricalcique b «TCP» -Macroporosité 1 mm 100 µm Granulés Pénétration des cellules et fluides biologiques taux de micropores taille des micropores surface spécifique (m ²/g) Vitesse de r ésorption Maniabilité taille des macropores taux de macropores forme des macropores taille des macro-interconnections Biocomp. Ostéocond. Résorp. Résistance mécanique II. Les substituts osseux Caractéristiques techniques de la gamme PROCESSUS DE FABRICATION LES CONTROLES QUALITE 70% Poudre d HAP HOMOGENEISATION Dispersant Contrôle Fournisseurs -Audit Certification ISO % Poudre de TCP Eau osmosée Fournisseur HAP Fournisseur TCP Fournisseur DISPERSANT Fournisseur RENFORT Fournisseur POROGENE Fournisseur EAU OSMOSEE INTRODUCTION DU RENFORT INTRODUCTION DU POROGENE COULAGE (Séchage en étuve à 40 C) DELIANTAGE FRITTAGE (600 C) (1200 C) Temp érature Forme Taille Taux 2 mm 2 mm Contrôle technique des matières premières - Impuretés présentes - Phases présentes (uniquement HAP et TCP) MELANGE DES CONSTITUTANTS MOULAGE DELIANTAGE FRITTAGE Contrôles en cours de fabrication - Masses introduites - Temps de opérations minutées - Enregistrement des opérations effectuées et des paramètres de réglage DECOUPE ou BROYAGE DECOUPE Contrôle de la morphologie de la porosité Macroporosité Microporosité Contrôles systématiques Contrôles périodiques 6

7 LES CONTROLES QUALITE (suite) Contrôle Technique produit - Dimensions - Porosité - Aspect de surface Contrôle Technique produit - Phases présentes (DRX) DECOUPE DECONTAMINATION Contrôle des procédés Contrôle Technique produit - Impuretés présentes (ICP) CONDITIONNEMENT Contrôle Technique produit - Audits de dose (ISO11137) II. Les substituts osseux Contrôle stérilisation - Conformité du certificat - Couleur de la pastille indicatrice Contrôles systématiques STERILISTATION VENTE Caractéristiques techniques de la gamme Contrôles périodiques LES FORMES DE LA GAMME : CARACTERISTIQUES GRANULES - 0,5 mm - 1 mm - 2 mm - 4 mm BLOCS - Parallélépipèdes - Cylindres - Coins - Formes spécifiques 2 VARIANTES Macro-Ingrowth (Non commercialisé) Strong (Coins uniquement) FSI04-FDM- BHA- 001 Phases cristallo. (Diffraction X) Impuretés (ICP : induced coupled plasma) Dimensions Macro- Ingrowth Strong HAP % TCP 30 +5% Pas de pic parasite par rapport au spectre de référence As < 3 ppm Pb < 30 ppm Hg < 5 ppm Cd < 5 ppm Zn + Cd + Pb < 50 ppm Fe + Cu + W + Si < 500 ppm Mg < 9000 ppm Na < ppm F < 150 ppm Ni < 10 ppm Mn < 48 ppm Cr < 100 ppm Al < 100 ppm Zr < 500 ppm + 0,5 mm (sauf forme spécifique) Granulate 0.5 mm : µm 1 mm : µm 2 mm : µm 4 mm : µm Normes / références ISO (2000), 4.2 7

8 : CARACTERISTIQUES : LA POROSITE FSI04-FDM- BHA- 001 % porosité Taille du porogène Résistance en compression Macro- Ingrowth % µm 1,5 MPa % µm 10 MPa Strong % µm 20 MPa Granulate Env. 72 % µm X Normes / Référence Macroporosité (x20) Macro-Ingrowth Strong Teneur en endotoxines (LAL) Stérilité < 2,5 EU STERILE (SAL = 10-6) PHEUR (SE2408) ISO (1995) NF EN 552 (1994) Microporosité (x500) Porogène : µm Porogène : µm Porogène : µm Frittage à 1150 C Frittage à 1150 C Frittage à 1300 C : INTERCONNECTIVITE (méthode d investigation) : INTERCONNECTIVITE (Résultats) Pression LA POROSIMETRIE MERCURE Exemple 1 Exemple 2 P1 Macro-Ingrowth POROSIMETRIE MERCURE Échantillon poreux Capillaire Mercure D1 P1 V1 P2 D2 V2 D2 P2 D1 V2 30 µm 0,7 µm 15 µm 0,7 µm Strong D2 < D1 P2 > P1 15 µm «Mesure du volume poreux (V) accessible par une taille d interconnexion (D) donnée» 8

9 IN VITRO : PROTCOLE Culture d ostéoblastes (prélevés sur explants d os spongieux humain) Sur les 3 types de substituts osseux Pendant 4, 8, 15, 21 et 28 jours Essais r éalis és : - Imagerie MEB - Coupes histologiques après coloration au bleu de méthylène II. Les substituts osseux Caractéristiques techniques de la gamme Macro-Ingrowth Strong IN VITRO : TEST DE VIABILITE CELLULAIRE M.T.T. IN VITRO : OBSERVATIONS M.E.B. ET HISTOLOGIQUES Densité optique 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Test MTT : la densité optique est reliée au nombre de cellules viables Macro-Ingrowth Strong Contrôle J4 J8 J15 J21 J28 Temps de culture (Jours) PAS DE DIFFERENCE SIGNIFICATIVE ENTRE LES 3 BIOMATERIAUX 1 ère étape : Croissance exponentielle Pas de cytotoxicité 2 ème étape : stabilisation et décroissance mort cellulaire par inhibition de contact M.E.B. La croissance cellulaire se fait de façon centrifuge à partir de la goûte d ensemencement OSTEOBLASTES J8 J0 J8 9

10 IN VITRO : OBSERVATIONS M.E.B. ET HISTOLOGIQUES IN VITRO : OBSERVATIONS M.E.B. ET HISTOLOGIQUES M.E.B. OSTEOBLASTES M.E.B. J21 OSTEOBLASTES J21 J0 Strong J8 J21 A J21 les 3 substituts sont entièrement recouvert par les ostéoblastes Dans le même temps les cellules pénêtrent dans les macroporosités IN VITRO : OBSERVATIONS M.E.B. ET HISTOLOGIQUES IN VITRO : OBSERVATIONS M.E.B. ET HISTOLOGIQUES Coupes histologiques OSTEOBLASTES J21 H = 2 mm h Macro-Ingrowth Porogène : µm Interconnections : 30 µm h = 2/3 H 50 µm & Strong Porogène : µm Interconnections : 15 µm h = 1/2 H Les cellules s accrochent au matériau par l intermédiaire de prolongements cytoplasmiques 15 µm permettent le passage des ostéoblastes Vitesse de pénétration liée à la «densité d interconnections» 10

11 IN VITRO : OBSERVATIONS M.E.B. ET HISTOLOGIQUES IN VITRO : OBSERVATIONS M.E.B. ET HISTOLOGIQUES M.E.B. M.E.B. OSTEOBLASTES OSTEOBLASTES J8 J8 Les cellules tapissent les macroporosités Les prolongements cytoplasmiques s accrochent dans les microporosités IN VIVO (LAPINS) : METHODOLOGIE II. Les substituts osseux Caractéristiques techniques de la gamme OBJECTIF : Étudier l intégration osseuse des 3 types d implants à 3 et 6 mois chez le lapin 3 mois 6 mois Lapin 1 A & MI Lapin 7 A & MI Lapin 2 A & MI Lapin 8 A & MI Lapin 3 A & S Lapin 9 A & S Lapin 4 A & S Lapin 10 A & S Lapin 5 MI & S Lapin 11 MI & S Lapin 6 MI & S Lapin 12 MI & S A : M-I : Macro-Ingrowth S : Strong Coupe en biseau Pour chaque lapin : Implantation dans l ulna de chacune des pattes ant érieures (2 types d implant par lapin) 11

12 IN VIVO (LAPINS) : µ-radio IN VIVO (LAPINS) : Coupe Histologique Coupe d épaisseur 100 µm Coupe 50 µm - Coloration May-Gr ünwald-giemsa Gris: Os minéralisé Noir : Tissus non minéralisés Beige : Os minéralisé Noir : Substitut osseux Bleu : Cellules et tissus non minéralisés Blanc : Substitut osseux IN VIVO (LAPINS) : RESULTATS IN VIVO (LAPINS) : RESULTATS May-Grünwald-Giemsa 1 mm 500 µm Macro-Ingrowth REPOUSSE OSSEUSE (3 MOIS) 1 mm 500 µm 2 mm 500 µm Strong QUANTIFICATION DE LA REPOUSSE A 3 ET 6 MOIS (Méthode stéréologique) Progression de la repousse entre 3 et 6 mois Pas de différence entre les 3 types de biomatériaux : - les interconnections permettent la repousse osseuse à la même vitesse Strong 6 mois Coloration May-Grünwald-Giemsa Mauvaise osté ointé gration 2 mm µ-radio Fort écart-type (mauvais ostéointégration de certains implants) - Migration car pas d ostéosynthèse - Mauvais contact os-implant car coupe en biseau 12

13 IN VIVO (LAPINS) : RESULTATS IN VIVO (LAPINS) : RESULTATS 200 µm QUALITE DE LA REPOUSSE OSSEUSE Strong (3 mois) 500 µm RESORPTION (6 MOIS) Macro-Ingrowth Strong 2 mm 2 mm 2 mm 200 µm (6 mois) Lumière normale Lumière polarisée La densité de l os minéralisé présent dans les porosités est équivalente à celle de l os environnant Le tissus osseux formé dans les porosité est bien lamellaire RESORPTION : Macro-Ingrowth > > Strong Résorption par les ostéoclastes? ou érosion mécanique? ou dissolution aux joints de grain? Les 3? : INSTRUCTIONS DE POSE II. Les substituts osseux Caractéristiques techniques de la gamme Vérifications préalables : - Vérifier la présence de la pastille rouge indicatrice de stérilisation - Vérifier que le conditionnement n est pas endommagé - Vérifier la date de péremption Préparation : - Imprégner l implant avec du sérum ou de la moelle osseuse autogène Pose : - Il faut veiller au bon contact os / implant Usinage blocs : scies sagittales meules diamantées - Veiller à la bonne stabilité de l implant - Mettre en place une structure de soutient si les contraintes sont trop importantes pour la céramique Suivi : - Suivi radiologique : positionnement - cicatrisation Se reporter à la notice du fabricant 13

14 : CAS CLINIQUES EN ORTHOPEDIE : CAS CLINIQUES EN ORTHOPEDIE Pr. Carret, Octobre 2001 (Hôpital Édouard Heriot, Lyon) REPRISE DE PTH Pré-op. Post-op. Pr. Carret, Janvier 2003 (HEH) Mme ARAG 07/2002 (pré-op.) RUPTURE LCP + OSTEOTOMIE TIBIALE DE VALGISATION PAR ADD. INT. 03/2003 (2 mois) 03/2003 (2 mois) «Au niveau du cotyle : comblement des trous des plots qui sont importants (2 cm) par des cubes» 01/2003 (post-op) Pose Strong Blocs concassés Début d ostéointégration : CAS CLINIQUES EN CHIRURGIE DENTAIRE : CAS CLINIQUES EN IMTOLOGIE DENTAIRE Dr H. Godefroy, 2002 ODONTOLOGIE Douleur et mobilité autour de la 45 Diagnostique : inflammation étendue autour de la 45. Passage de la sonde le long de la racine. 08/08/2003 : prescription antibiotique Zithromax pendant 3 jours 25/08/2003 : curetage puis implantation Granulés 0,5 mm Pas de suture, pas de ciment. 08/08/2003 : Pré-op. 25/08/2003 : Post-op. Pose Strong 05/12/2003 : 4 mois Blocs concassés 15/12/2003 (4 mois) : «dent fixe, pas d inflammation gengivale, la sonde ne pénètre plus le long de la racine» Pose Granulés 0,5 mm Fermeture Dr H. Godefroy, 2002 RELEVEMENT DE LA CRETE ALVEOLAIRE EN 1 TEMPS À 6 mois : «bonne consolidation de l os et stabilité de l implant» 14

15 Substitut osseux synthétique Premières recherches : Sep Premières implantations cliniques : Octobre 2001 (Hôpital Édouard Heriot, Lyon) Publications : - BIGNON et al. «Effect of ball milling on the processing of bone substitutes with calcium phosphate powders» Journal of Biomedical Material Reasearch, applied biomaterials 63 (2002) CHOUTEAU et al. «Culture cellulaire d ostéoblastes et de fibroblastes sur substitut osseux poreux en phosphate de calcium» : Revue de chirurgie orthopédique89 (2003) BIGNON et al. «Effect of micro and macroporosity of bone substitutes on their mechanical properties and cellular response» : Journal of material science : materials in medecine 14 (2003)