Substituts utilisables dans les pathologies osseuses (comblement osseux)

a) Les greffes osseuses

Les greffes osseuses constituent des substituts adéquats en termes de comblement osseux.

reste le meilleur substitut car elle remplit toutes les conditions, biocompatibilité,

ostéoinduction, ostéoconduction. De l’os trabéculaire et/ou cortical est prélevé au niveau de la

crête iliaque, du tibia, du menton ou des côtes. Cependant le facteur limitant reste la

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disponibilité du greffon et la morbidité engendrée chez le patient (Giannoudis et coll., 2005).

Pour parer à ces limites les allogreffes constituent une alternative car la quantité des os

disponibles est plus grande, provenant essentiellement de rebuts chirurgicaux ou de cadavres.

Cependant l’utilisation des allogreffes demande une préparation adéquate car le risque de

transmission virale, bactérienne ou d'agents non conventionnels est élevé surtout si les

allogreffes sont utilisées fraichement congelées (De Long Jr et coll., 2007). La préparation

peut consister en une lyophilisation, une élimination de toute cellule vivante ou la sécurisation

virale ou bactérienne. L'irradiation aux rayons γ est souvent effectuée et elle devrait être

réalisée après délipidation du greffon pour éviter la peroxydation des lipides médullaires qui

sont toxiques pour les ostéoblastes (Moreau et coll., 2000).

Les xénogreffes

peuvent représenter une alternative intéressante. L’os bovin a été utilisé pour

préparer plusieurs spécialités de greffons commercialisés mais l’apparition de

l'encéphalopathie bovine spongiforme a limité leur utilisation. Le même risque infectieux est

aussi un facteur limitant pour les xénogreffes provenant d’autres animaux comme le porc

(Laurencin and El-Amin, 2008; Sogal and Tofe, 1999).

b) Substituts osseux alternatifs de la greffe

D’autres types de matériaux peuvent être utilisés pour le comblement osseux et pour le

remplacement d’une pièce squelettique (prothèse). Les matériaux de substitution peuvent être

d’origine naturelle ou synthétique.

Les matériaux naturels sont principalement le corail et la nacre. Le corail a été utilisé dans

les greffes osseuses depuis les années 1970, il représente un grand intérêt car remplissant la

majorité des conditions pour une meilleure ostéointégration (ostéoconduction,

biocompatibilité et biodégradabilité). Cependant il y a une grande variabilité squelettique

selon les espèces de coraux et leurs propriétés de perméabilité et mécaniques ne sont pas bien

connus. Un autre problème avec l’utilisation des coraux comme greffes, concerne les

considérations écologiques car les coraux sont des réserves pour plusieurs organismes marins

(Wu et coll., 2009). La nacre peut être utilisée comme substitut osseux, mais sa

biodégradabilité reste un paramètre complexe et non maitrisé car dépendant du site

d’implantation (Berland et coll., 2005).

Les métaux sont utilisés pour leur grande résistance mécanique leur permettant de s’adapter

aux contraintes mécaniques et physiologiques sur une durée pouvant aller à une dizaine

d’année. Les principaux biomatériaux métalliques utilisés dans l’os sont à base de titane (pur),

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d’alliages de titane, aciers inoxydables de type chrome-cobalt ou cobalt-chrome-molybdène

(Binyamin et coll., 2006). Le traitement des surfaces des biomatériaux métaux permet

d’augmenter leur rugosité. Dans le cas du titane la topographie de surface influence la réponse

osseuse et celle-ci est meilleure lorsque la rugosité de surface est modérée (Wennerberg and

Albrektsson, 2009). Les biomatériaux métalliques sont soumis à la corrosion libérant des ions

et des particules d’usure pouvant induire une réaction inflammatoire (Kraft et coll., 2004).

Des différents composés chimiques libérés par les bactéries ou par les macrophages peuvent

attaquer la surface du titane (Mabilleau et coll., 2006).

Les biocéramiques sont des matériaux inorganiques et non métalliques. Les plus connues sont

les céramiques à base de calcium phosphate et les bioverres (Burg et coll., 2000). Ils se

présentent sous plusieurs formes, céramiques, ciments poreux ou pleins, en blocs ou en

granules, injectables ou non. Un des avantages des biocéramiques réside dans leur bioactivité

(Hing, 2005). Les biocéramiques présentent une compatibilité cellulaire et tissulaire

excellente. Cependant les propriétés biomécaniques sont faibles comparées à celles du tissu

osseux, elles sont friables et sont fragiles lorsqu’elles sont soumises aux forces de

compression (Rezwan et coll, 2006). Les bioverres sont principalement constitués par de

silice et sont utilisés pour le recouvrement de prothèse ; comme tous les composés contenant

une haute teneur en silice, ils exposent aux risques de déclenchement d'une maladie

auto-immune. Les phosphates de calcium restent donc les plus couramment étudiés comme les

phosphates tricalciques dont le βTCP, l’hydroxyapatite et les céramiques biphasées qui sont

un mélange en proportions variables entre le βTCP et l’hydroxyapatite. L’hydroxyapatite

représente l'essentiel de la phase minérale des tissus calcifiés ; elle peut être associée à des

polymères pour lui permettre d’être plus ostéoconductrice.

Les polymères

Les polymères sont des assemblages de longues chaines moléculaires constituées par unités

monomériques. Les monomères sont liés entre eux par des liaisons de covalence qui assurent

la stabilité du polymère. Les polymères peuvent être d’origine naturelle comme l’amidon, la

chitine ou la cellulose, mais aussi d’origine synthétique comme le polyméthylméthacrylate ou

le polyéthylène. L’avantage des polymères synthétiques est que leur synthèse est contrôlée et

leurs mécanismes d’action sont prédictibles et reproductibles. La synthèse des polymères peut

être aussi adaptée selon l’utilisation choisie (Rezwan et coll, 2006). Les polymères qui ont été

utilisés dans les comblements osseux sont le polyéthylène de haut poids moléculaire et le

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polyméthylméthacrylate (Deramond et coll., 1998; Lerouge et coll., 1997; Webb and Spencer,

2007).

- Le poly(2-hydroxyéthyl méthacrylate) pHEMA

Le pHEMA est un polymère obtenu par polymérisation du monomère HEMA. Le HEMA est

un ester qui peut polymériser seul ou dans une copolymérisation avec d’autres monomères. Le

HEMA comporte une fonction alcool primaire qui lui permet d’être soluble dans l'eau. Le

HEMA a plusieurs applications dans l’industrie, fabrication de lentilles de contact, d’ongles

artificiels et aussi dans le domaine biomédical (Constandt et coll., 2005; Horák et coll., 1999;

Monthéard et coll., 1992; Moradi et coll., 2004). Le produit de polymérisation du HEMA se

présente sous forme d’un solide homogène de couleur translucide. Les monomères

copolymérisés avec le HEMA confèrent au copolymère pHEMA obtenu, leurs propriétés

physico chimiques propres.

Le pHEMA a plusieurs applications en biomédecine : en histotechnologie il peut servir de

milieu d’inclusion pour réaliser les coupes histologiques; il peut être aussi utilisé en ingénierie

tissulaire. Les réseaux 3D ("scaffolds") contenant du collagène de type I ont été réalisés à

partir d’hydrogels de pHEMA et ont permis l’adhésion et la différentiation de myoblastes

(Bryant et coll., 2007). L’incorporation de phosphatase alcaline ou la greffe de groupements

carboxyméthyle sur la fonction alcool induit la minéralisation dans un milieu synthétique

(Filmon et coll., 2002; Filmon et coll., 2002). Les microbilles de pHEMA sont utilisées

comme embols pour oblitérer les vaisseaux en chirurgie vasculaire (Horák et coll., 2008).

Le HEMA est utilisé pour fabriquer les microbilles de pHEMA de taille uniforme pouvant

varier de 1 à 600 µm. Les microbilles de pHEMA peuvent comporter des principes actifs en

fonction des monomères utilisés dans la copolymérisation (Horák, 1999). La taille et

l’individualisation des microbilles lors de la polymérisation du HEMA dépendent de plusieurs

facteurs : des solvants utilisés, de la quantité d’initiateur, de monomère et d’agent réticulant.

La température, la présence d’un stabilisateur stérique (généralement à base de cellulose) et la

présence d’une atmosphère pauvre en oxygène sont des éléments déterminants pour que la

polymérisation se mette en route, en particulier au début de la réaction. Si un de ces facteurs

n’est pas rempli, des agrégats amorphes se forment à la place des microbilles (Horák et coll,

1999).