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RÉSUMÉ
Cet article fait le point sur l’utilisation et les principales caractéristiques de particules hybrides composées d’un cœur minéral d’apatite bio-inspirée – possiblement dopée en ions (bio)actifs – entouré d’une couronne organique permettant de conférer des propriétés biologiques ou de contrôler la taille des particules. De tels (nano)systèmes sont utilisés pour de nombreuses applications biomédicales, en oncologie, dermatologie, hématologie, thérapie génique ou encore pour le diagnostic médical. Ces particules hybrides présentent deux avantages majeurs : leur biocompatibilité intrinsèque et leur possible multifonctionnalisation.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Mathilde GUÉRIN : Doctorante - IBMM, Montpellier et CIRIMAT, Toulouse, France
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Gilles SUBRA : Docteur en chimie, professeur à l’Université de Montpellier, Faculté de Pharmacie - IBMM, Montpellier, France
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Christophe DROUET : Docteur en sciences des matériaux, directeur de recherche CNRS, CIRIMAT, Toulouse, France
INTRODUCTION
Les phosphates de calcium à structure « apatite » sont présents naturellement dans la constitution du squelette des vertébrés. Il est désormais possible de préparer des analogues de synthèse inspirés de ces apatites naturelles, en vue d’applications biomédicales. La mise au point de substituts osseux bioactifs comme des matrices (poreuses ou non) ou des dépôts sur prothèses est le domaine d’application majeur de ces phosphates de calcium bio-inspirés. Toutefois, leur biocompatibilité « intrinsèque » et leur grande réactivité permettent d’envisager beaucoup d’autres applications thérapeutiques (dermatologie, oncologie, hématologie, transfection…) ou diagnostiques (imagerie médicale). Ceci passe par la modification de la composition du cœur minéral des particules et/ou par l’adsorption d’agents thérapeutiques formant une couronne organique périphérique. De telles particules minérales-organiques sont alors dites hybrides. L’obtention de particules individualisées, de taille submicronique voire nanométrique, est notamment pertinente pour agir au niveau cellulaire ou tissulaire, ce qui peut passer par une stabilisation colloïdale. Cet article passe en revue les principales stratégies concernant les particules hybrides minérales-organiques à base d’apatite pour des applications biomédicales.
Points clés
Domaine : biomédical, biomatériaux, bio-inspiration, nanomédecine, phosphates de calcium, colloïdes, particules
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Synthèse colloïdale, caractérisations physicochimiques
Domaines d’application : (Nano)médecine, cancérologie, dermatologie, hématologie, thérapie génique, imagerie médicale…
Principaux acteurs en France :
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Pôles de compétitivité : EuroBiomed, Pôle européen de la Céramique, Atlanpole Biothérapies, Lyonbiopôle, Alsace Biovalley, Medicen Paris Région, Nutrition-Santé-Longévité…
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Centres de compétence : GdR CNRS/INSERM Réparer l’humain, GdR CNRS Biomimétisme et bio-inspiration, Commission MatSan « Matériaux pour la Santé » (SF2M/GFC/Cefracor/Titane), association Biomat, Institut Carnot Chimie Balard Cirimat…
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Industriels producteurs de phosphates de calcium : 3DCeram, Biocetis, Biomatlante, Ceraver, Graftys, MedicalGroup, SBM, Teknimed, Urodelia…
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Industriels dans les applications biomédicales cibles : 3M, Brothier, Marion Technologies, MedicalGroup, Urgo, Urodelia…
Autres acteurs dans le monde : AAP Implants, Beiersdorf, CAM Bioceramics, DePuy Synthes, EincoBio, Etex, Finceramica, Himed, Hollister, Orchid Ortho, Smith & Nephew, Stryker, Subtilis Biomaterials, Tata Steel…
Contacts : [email protected], [email protected]
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5. Glossaire
Substitut osseux ; Bone substitute
Biomatériau visant à remplacer, au moins momentanément, une partie osseuse défectueuse.
Bioactif ; Bioactive
Se dit d’un composé (matériau, ion, molécule…) présentant une ou plusieurs propriétés biologiques influençant certaines cellules ou tissus biologiques.
Bio-inspiré ; Bio-inspired
Se dit d’un objet (matériau, molécule…) dont la composition, la structure et/ou les propriétés sont inspirées de composés ou de phénomènes existant dans la nature.
Colloïdal ; Colloidal
Se dit d’une suspension dans laquelle les constituants sont physiquement stables et ne sédimentent pas. La stabilisation colloïdale de particules d’apatite est réalisée par le greffage à leur surface des molécules organiques permettant de contrôler l’agglomération et/ou l’absence de sédimentation des particules, typiquement par effet de répulsion (par encombrement stérique dans l’espace autour des particules et/ou par exposition de groupements chargés qui se repoussent).
Hybride ; Hybrid
Concerne un composé formé d’une partie organique et d’une partie inorganique intimement associées. Contrairement à un « composite » où les deux composantes sont simplement mêlées mécaniquement, dans le cas de particules hybrides il existe une interaction à une échelle submicronique (typiquement atomique ou moléculaire).
Biomimétique ; Biomimetic
Se dit d’un composé dont la composition chimique, et/ou la (micro)structure, et/ou certaines propriétés (physicochimiques, biologiques, mécaniques…) miment celle(s) d’un composé existant à l’état naturel. Ici, une apatite biomimétique concerne une apatite de synthèse qui mime le minéral osseux.
Luminescent ; Luminescent
Se dit d’un composé qui émet un rayonnement sous l’effet d’un stimulus, typiquement l’irradiation par des photons dont l’énergie est supérieure à celles des photons émis. Certains éléments chimiques tels que l’europium ou le terbium (éléments parmi les lanthanides) présentent cette propriété. En les soumettant à l’irradiation par une lumière à longueur d’onde appropriée, ces éléments passent...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KAY (M.I.), YOUNG (R.A.), POSNER (A.S.) - Crystal structure of hydroxyapatite. - Nature, vol. 204, p. 1050-1052 (1964).
-
(2) - DROUET (C.), ALPHONSE (P.) - ThermAP additive model for applied predictive thermodynamics. - [Online] Available : http://www.christophedrouet.com/thermAP.html.
-
(3) - DROUET (C.) - Applied predictive thermodynamics (ThermAP). Part 2. Apatites containing Ni2+, Co2+, Mn2+, or Fe2+ ions. - The Journal of Chemical Thermodynamics, vol. 136, p. 182-189, DOI : https://doi.org/10.1016/j.jct.2015.06.016 (2019).
-
(4) - DROUET (C.) - A comprehensive guide to experimental and predicted thermodynamic properties of phosphate apatite minerals in view of applicative purposes. - Journal of Chemical Thermodynamics, vol. 81, p. 143-159, DOI : 10.1016/j.jct.2014.09.012 (2015).
-
(5) - DROUET (C.), CARAYON (M.-T.), COMBES (C.), REY (C.) - Surface enrichment of biomimetic apatites with biologically-active ions Mg2+ and Sr2+ : A preamble to...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Évaluation biologique des dispositifs médicaux – Partie 18 : caractérisation chimique des matériaux des dispositifs médicaux au sein d'un processus de gestion du risque. - ISO 10993-18 - 2020
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Groupe de recherche GdR CNRS « Biomim » Biomimétisme et bio-inspiration :
Groupe de recherche GdR CNRS/INSERM « Réparer l’humain » :
https://reparer-humain.insa-lyon.eu/
Commission mixte MatSan « Matériaux pour la santé » (SF2M, GFC, CEFRACOR, Titane) :
https://sf2m.fr/commissions-thematiques/commission-materiaux-pour-la-sante/
HAUT DE PAGE1.2 Laboratoires – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Institut Carnot Chimie Balard Cirimat :
https://www.carnot-chimie-balard-cirimat.fr/fr/
Centre interuniversitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux CIRIMAT, équipe phosphates, pharmacotechnie, biomatériaux (PPB), Toulouse :
Institut des biomolécules Max Mousseron IBMM, Montpellier :
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