DESC de Chirurgie Pédiatrique Session de mars 2009 - PARIS Les biomatériaux ostéoconducteurs P MARY
Caractérisation risation chimique de l'os Fraction minérale = 63 % du tissu osseux Fraction organique = Collagène de type I (95 %) + d autres d protéines (BMPs( BMPs) Apatite biologique Ca 8,3 1,7 PO4 5.3 (HPO4, CO3) 0,7 (OH, CO3) 1,3 0,7 - Ca/P = 1,61 - non stoechiométrique trique (lacunaire)
Ostéogen ogenèse Chondrogenèse Ostéoblaste DXM Acide Ascorbique Beta-GP CSM DXM 10-7 M TGFb1 Chondrocyte Fibrogenèse Ténocyte Adipocyte DXM Insuline Indomethacine Isobutyl-methylxanthine 5-azacytidine Adipogenèse Myogenèse Myotube Pittenger, Science, 1999, 284 (5411)
Ostéoconduction 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!
Mécanisme général Particules ostéoconductrices Formation d os à la surface des particules Appositions sur l os néoformé Dans le même temps : dégradation progressive du biomatériau
Substituts osseux Origine Humaine Origine animale Origine synthétique 85% 5% 10% autogreffe allogreffe Xenogreffe (bovin) Corail CaP Ceramique Bioverre Ciments CaP Grafton Dynagraft Lubboc Isobone 2 Endobon Pyrost Biocoral Pro-Osteon Biosel Triosite TCH Eurocer Bioglass Eurobone Norian Biobon/aBsm Bonesourse D après P. Lersch Etc Cementek
Ostéoconducteur = Bio-activité promouvoir des réactions r spécifiques à l'interface implant-tissu tissu receveur Sont exclus : Les matériaux bio-inertes Céramiques denses Dérivés du ciment acrylique Matériaux métalliques Les autogreffes les allogreffes
Les ostéoconducteurs essentiels Les céramiques phospho-calciques, CPC Les bioverres Le corail Les ciments ioniques ou hydrauliques, le plâtre de Paris! (implantations 1892)
Ostéconduction Ost Ostéconduction conduction Ptés mécaniques Primaires Pt Ptés mécaniques caniques Primaires Primaires Ciment PCa Ciment Ciment PCa PCa HAp poreux HAp HAp poreux poreux PLA/PGA PLA/PGA PLA/PGA btcp btcp btcp Corail Corail Corail Collagene Collagene Collagene Allogreffe corticale Allogreffe Allogreffe corticale corticale Bioverre Bioverre Bioverre Xénogreffe spongieuse céramisée Xénogreffe nogreffe spongieuse spongieuse céramis ramisée Allogreffe spongieuse Allogreffe Allogreffe spongieuse spongieuse PMMA PMMA PMMA
Comment caractériser-différencier Son type un Ostéoconducteur? Ses capacités ostéoconductrices Son délai de résorption Ses qualités mécaniques
Céramiques phospho-calciques : Composition Ca/P DCPD (brushite) OCP TCP HA CPC biphasées 1 1,33 1,5 1,67 60% HA 40% TCP Biosorb Calciresorb Cerapatite Ossatite Triosite Cérapatite 65 BCP
Céramiques phosphocalciques propriétés s mécaniquesm Matériaux fragiles et peu résistantsr 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 c tout à fait comparables! BCP (2-3 MPa), Triosite (>10 MPa), Cerapatite 65 (25-30 MPa)
Paramètres influençant l ostéoconductivité des céramiques Interactions entre le matériau et l environnementl Facteurs du matériau Forme: épaisseur - granulométrie Structure: porosité Composition, proportion HA/TCP Facteurs / environnement Mécaniques Biologiques
Macroporosité Entre 100µ et 200µ > 60% de macroporosité résistance mécanique trop faible Cellules - angiogénèse - résorption Microporosité < 10μ ( < 5μ? ) Essentielle pour la diffusion fluides biologiques et la dissolution. donc OC! Echanges ioniques (Ca - PO4)
Porosité d Interconnexion Taille des interconnexions : passage C surface vers profondeur Paramètre crucial 40μ? 15μ -30μ?
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
Corail 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
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 ramique
Bioverres Excellent OC Propriétés s mécaniques m en flexion médiocres m (ne pas utiliser sous forme massive dans les zones sollicitées) Applications : butée e d'épaule, comblement Regain d'intérêt dans le traitement de surface
Céramiques PC injectables Ciments hydrauliques - 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 Calcibon
Les ciments phospho Avantage calciques Avantages Pas de risques immunologiques Biocompatible Ostéointégration et «remplacement par de l os néoformé» Technique «mini-invasive» Radio-opaque D après P. Lersch
Les ciments phospho calciques Précautions Précautions d emploi d utilisation 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
Applications en orthopédie pédiatrique
Comblement d un kyste par ciment hydraulique Dossier A. Eid
Comblent d un kyste par CPC 4 ans Deuxième fracture sur Kyste anévrysmal
1 mois post-opératoire
6 mois post-opératoire
Ostéotomie de valgisation 4 mois
Camille, 12 ans Amyotrophie spinale de type 2
Rachis Myopathe et Amyotrophie spinale infantile Utilisation de CPC Plus de 50 cas : myopathes et ASI Pas d augmentation du taux d infection Pas de complications mécaniques supplémentaires Fusion +