Un nouveau composite polymère permettrait aux implants comme les plaques crâniennes de fusionner avec l’os vivant
Les scientifiques du Centre des matériaux composites de l’Université nationale des sciences et des technologies (NUST MISIS) en Russie développent un nouveau composite polymère-céramique bioactif dérivé de coquilles d’œufs communes qui peut être utilisé pour traiter les blessures du crâne et d’autres procédures chirurgicales sur les os.
L’os est si commun qu’il est facile à prendre pour acquis, mais cela ne veut pas dire que ce n’est pas un matériau remarquable. Une preuve en est qu’après plus d’un siècle d’efforts intenses, les scientifiques n’ont pas réussi à mettre au point une version synthétique pour les applications chirurgicales qui fonctionne aussi bien que l’original.
Un exemple simple est le cas où une section du crâne doit être remplacée en raison d’une fracture ou d’un défaut congénital qui laisse une partie du crâne dangereusement mince. La procédure habituelle consiste à remplacer la section endommagée ou défectueuse de l’os par une section en métal, en plastique ou en céramique. Mais aucun de ces procédés n’est vraiment à la hauteur.
Une partie du problème est d’ordre mécanique. La plaque artificielle peut être trop molle ou trop fragile, trop souple ou trop rigide, susceptible d’altérer sa forme en fonction des variations de température, ou difficile à modeler et à ajuster correctement. Un autre problème est que la plupart de ces matériaux sont bio-inertes. C’est-à-dire qu’ils n’interagissent pas avec les tissus vivants.
Cette situation est intentionnelle car les chirurgiens ne veulent pas poser d’implants dans le corps des gens qui pourraient causer des infections ou subir des rejets de tissus. Malheureusement, cela signifie aussi que ces implants ne peuvent pas vraiment devenir une partie du corps et agir davantage comme un composant naturel.
Pour surmonter ce problème, l’équipe NUST MISIS s’est penchée sur un polymère synthétique baptisé polyméthylméthacrylate (PMMA) qui est couramment utilisé comme ciment osseux en raison de sa résistance et de ses propriétés d’autodurcissement. Malheureusement, le PMMA n’est pas optimal parce qu’il est bio inerte, mais l’équipe a changé cela en ajoutant un silicate biocéramique appelé diopside qui est dérivé de coquilles d’œufs.
Le nouveau polymère composite est basé sur des coquilles d’œuf
Selon l’équipe, le diopside est relativement non toxique, biodégradable, et peut stimuler la croissance du tissu osseux à proximité, de sorte que l’implant peut éventuellement fusionner avec l’os au lieu d’être simplement cimenté sur celui-ci.
« Les coquilles d’œuf présentent des avantages pour la santé tels que la minéralisation et la croissance des os, le traitement de l’ostéoporose et sont donc utilisées comme greffe osseuse », explique Inna Bulygina, doctorante en science des biomatériaux à NUST MISIS. « Nous avons adopté une approche rentable du recyclage des biodéchets afin d’améliorer la qualité de vie des patients atteints de maladies osseuses. Pour la production de composites, on a utilisé du diopside obtenu à partir de coquilles d’œufs ».
L’équipe a produit un matériau composite PMMA/diopside poreux au moyen d’une méthode de moulage par solvant, où un polymère thermoplastique est formé en plongeant à plusieurs reprises un moule dans une solution du polymère, laissant des couches de film derrière lui. Différents échantillons du matériau ont été produits avec des proportions de 25, 50 et 75 pour cent de diopside utilisé.
« Les échantillons contenant 50 % de diopside ont donné les meilleurs résultats – ils ont démontré une résistance à la compression quatre fois supérieure et, après quatre semaines de tests in vitro, ils ont montré une bonne capacité à déposer des minéraux osseux sur leur surface », explique Rajan Choudhary, étudiant en post-doctorat. « Dans le même temps, nous avons constaté que les propriétés mécaniques des composites poreux obtenus correspondent aux propriétés de l’os spongieux du corps humain ».
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21870764.2020.1793476
