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1 - BIOACTIVITÉ

2 - ÉLABORATION ET MISE EN FORME DES VERRES BIOACTIFS

3 - APPLICATIONS AU COMBLEMENT DE DÉFAUTS OSSEUX ET À L'INGÉNIERIE TISSULAIRE

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : N4955 v1

Applications au comblement de défauts osseux et à l'ingénierie tissulaire
Verres bioactifs

Auteur(s) : Jonathan LAO, Jean-Marie NEDELEC

Relu et validé le 01 oct. 2020

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RÉSUMÉ

Les verres bioactifs constituent un cas unique : ce sont les premiers matériaux synthétiques ayant démontré leur capacité à se lier de façon forte avec les tissus, osseux en particulier. Après une définition de la bioactivité et une présentation des mécanismes sous-jacents, l'article présente les différentes techniques d'élaboration et de mise en forme de ces matériaux autorisant un contrôle multi-échelle. Enfin, sont proposées les principales applications des bioverres.

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ABSTRACT

Bioactive Glasses

More than 40 years after their discovery, bioactive glasses are still unique as the first example of synthetic materials demonstrating their ability to bond to bone tissues. After giving the definition of bioactivity and the presentation of the underlying mechanisms, we will summarize the different elaboration techniques and how to control the shape and morphology of these materials on multiple length scale. Finally, the main applications of bioactive glasses will be presented.

Auteur(s)

  • Jonathan LAO : Maître de conférences Laboratoire de Physique Corpusculaire CNRS/IN2P3 UMR 6533, Université Blaise Pascal, Aubière, France

  • Jean-Marie NEDELEC : Professeur Institut Universitaire de France Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, UMR CNRS 6296, École Nationale Supérieure de Chimie de Clermont-Ferrand, Aubière, France

INTRODUCTION

Le principe d'« inertie biologique » a longtemps présidé à la conception des matériaux destinés à être implantés en milieu vivant : ce principe préconise de réduire au maximum la réponse engendrée par l'introduction d'un corps étranger dans l'organisme. Pourtant, afin d'améliorer l'intégration de l'implant, il peut être souhaitable que celui-ci interagisse positivement avec les tissus hôtes. C'est le cas des matériaux bioactifs, capables d'accélérer la réparation tissulaire. Au premier rang, en termes de bioactivité, se situent les verres bioactifs.

Les verres bioactifs ou bioverres trouvent leur utilisation principale dans la réparation des tissus osseux. Dans ce domaine, la principale limitation des implants est la faible résistance mécanique de l'interface avec les tissus environnants. Les verres bioactifs répondent élégamment à ce problème grâce à l'établissement par réactions physico-chimiques d'une continuité avec les tissus, recréant ainsi une interface naturelle. Les verres bioactifs ont également la propriété d'être résorbables, disparaissant à mesure qu'ils sont substitués par le tissu néoformé. De plus, les produits ioniques issus de leur dissolution peuvent avoir un effet bénéfique sur le mécanisme de réparation par les cellules osseuses. Cet ensemble de caractéristiques démontre les capacités d'ostéo-intégration absolument remarquables des bioverres, parfois même supérieures aux autogreffes.

Nous évoquerons dans le détail les facteurs déterminant la bioactivité dans les verres, qui est liée autant à leurs structure et morphologie qu'à leur composition. Ces paramètres étant aisément ajustables par procédé de fusion et plus encore par le procédé sol-gel, il en résulte que la bioactivité dans les verres peut être contrôlée finement et adaptée à une grande variété d'applications. Malgré tout, et en dépit de quelques succès cliniques et commerciaux importants, les verres bioactifs ne restent que modérément utilisés par les praticiens, principalement pour des raisons de mises en forme qui seront abordées dans cet article.

Il n'en demeure pas moins vrai que le futur de la régénération osseuse est en partie lié à l'essor des verres bioactifs, que ce soit sous forme de supports pour la reconstruction de greffons tissulaires in vitro, ou comme constituants de nouveaux matériaux composites et hybrides mimant de mieux en mieux l'os.

Dans le premier paragraphe de cet article, nous définirons la notion de bioactivité (§ 1.1) et préciserons les mécanismes mis en jeu dans le cas des bioverres (§ 1.2). Le deuxième paragraphe présentera les différents procédés d'élaboration possibles pour ces matériaux (§ 2.1 et § 2.2) et les méthodes pour obtenir une structuration à l'échelle nanométrique (§ 2.3). Seront ensuite présentés les domaines de recherche les plus récents concernant la préparation de supports macroporeux (§ 2.4) et de matériaux composites et hybrides à base de bioverres (§ 2.5), puis l'élaboration de verres dopés et l'influence des produits de dissolution seront évoquées (§ 2.6). Enfin, dans le troisième paragraphe, les diverses applications des bioverres seront présentées.

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KEYWORDS

state of the art   |   bioactivity   |   bone regeneration   |   biomineralization   |   tissue engineering   |   implant   |   sol-gel

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-n4955


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3. Applications au comblement de défauts osseux et à l'ingénierie tissulaire

Le bioverre 45S5 a été implanté chez plus d'un million de patients depuis sa découverte. Les premières applications cliniques ont eu lieu chez l'animal, pour réparer des défauts osseux dans la mâchoire des chiens notamment. Quelques années plus tard, les applications ont été étendues à l'homme en incluant des applications en orthopédie et en remplacement des os de l'oreille interne. Dans cette dernière application la grande facilité de moulage et/ou usinage du matériau permet d'obtenir des pièces de petites dimensions avec un très bon état de surface. En considérant les propriétés remarquables de ce matériau et de ses dérivés, on peut estimer aujourd'hui que son potentiel est mal exploité par les chirurgiens.

Le plus important succès commercial à ce jour reste la commercialisation sous le nom de NovaMin® par la société GlaxoSmithKline d'un dentifrice pour réduire la sensibilité dentaire qui contient des particules de verre bioactif.

3.1 Dispositifs médicaux monolithiques

Comme évoqué, un des premiers succès cliniques pour les bioverres a consisté en la restauration de l'ouïe chez un patient souffrant d'une infection aigue via le remplacement de plusieurs os de l'oreille interne. Les matériaux classiquement utilisés (alliages métalliques, polymères) engendrant inexorablement la formation d'un tissu fibreux conduisant à l'échec de l'implant. Le dispositif développé par le E. Douek a démontré au fil du temps sa supériorité pour cette application spécifique (Douek-ED™).

L'autre application majeure concerne les implants pour restaurer l'os de la mâchoire (ERMI pour Endosseous Ridge Maintenance Implant  ). Cette étape est indispensable dans certaines pathologies pour pouvoir réimplanter une ou des dents artificielles et ainsi restaurer la fonction de mastication. Ici encore, la possibilité de fabriquer des cônes de bioverre de forme contrôlée – et donc adaptée aux différents sites d'implantation – et la bioactivité du matériau ont démontré l'intérêt des bioverres. Toutefois, ces deux dispositifs ne sont toujours pas largement utilisés aujourd'hui par les chirurgiens.

Un des avantages des verres bioactifs par rapport aux métaux ou aux céramiques est de pouvoir adapter la forme et la géométrie de l'implant facilement au moment de l'élaboration. Cette approche très...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - WILLLIAMS (D.F.) (Éd.) -   Définitions in biomaterials.  -  Elsevier, New York (1987).

  • (2) - KOKUBO (T.) -   Bioactive glass ceramics : properties and applications.  -  Biomatérials, 12, p. 155-163 (1991).

  • (3) - HENCH (L.L.), WILSON (J.) -   Introduction to bioceramics.  -  HENCH (L.L.) and WILSON (J.) editors, World Scientific (1993).

  • (4) - CHAPPARD (D.) -   Modelage et remodelage au cours de l'ostéo-intégration.  -  Rev. Stomatol. Chir. Maxillofac. Chir. Oral, 114, p. 159-165 (2013).

  • (5) - JONES (J.R.), HENCH (L.L.) -   Biomedical materials for new millenium : perspective on the future.  -  Materials Science and Technology, 17(8), p. 891-900 (2001).

  • (6) - KOKUBO (T.), TAKADAMA (H.) -   How useful is SBF in predicting bioactivity ?  -  ...

1 Brevets

JALLO (E.), LAO (J.), NEDELEC (J.-M.), SAUTIER (J.-M.) et ISAAC (J.). – Verres bioactifs dopés en strontium. PCT/FR2008/000985.

HILL (R.-G.) et STEVENS (M.M.). – Bioactive Glass. WO2007144662 A1.

HAUT DE PAGE

2 Normes et standards

ISO/FDIS 23317:2007(E) (2007), Implants for surgery – In vitro evaluation for apatite-forming ability of implant materials

HAUT DE PAGE

3 Annuaire

HAUT DE PAGE

3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs

Entreprises commercialisant ou distribuant des implants à base de bioverre

En France :

Noraker : http://www.noraker.com

Biomet 3i : http://biomet3i.fr

À l'étranger :

NovaBone Products LLC : http://www.novabone.com

BonAlive Biomaterials : http://www.bonalive.com

...

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