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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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2. Interactions entre les molécules organiques et les particules d’apatite
La structure de l’apatite facilite les substitutions et échanges ioniques avec le milieu extérieur, permettant ainsi d’incorporer des ions biologiquement actifs. D’autre part, l’adsorption de molécules organiques ouvre la voie à la conception de particules hybrides organiques/inorganiques pour différentes applications dans le domaine biomédical.
Afin de synthétiser et manipuler ces particules hybrides, il est essentiel de comprendre les différents types d’interaction entre la surface des cristaux d’apatite et les (bio)molécules organiques. Suivant les différentes fonctions chimiques présentées, les molécules organiques n’ont pas la même affinité pour la surface de l’apatite. De même, cette affinité est dépendante des propriétés physicochimiques de la composante apatitique elle-même (forme des particules, stœchiométrie…). Pour mieux comprendre les modes et les mécanismes d’adsorption, les chercheurs s’appuient sur des isothermes d’adsorption qui peuvent être modélisés mathématiquement.
Un isotherme d’adsorption est une courbe obtenue à une température donnée qui donne la quantité de molécule adsorbée (Q ads) sur un substrat en fonction de la concentration molaire à l’équilibre (C eq). Souvent, le tracé d’un isotherme d’adsorption est réalisé après une première étude de cinétique d’adsorption afin de déterminer le temps nécessaire (pour une concentration molaire donnée) pour atteindre l’équilibre.
Plusieurs modèles mathématiques sont utilisés, dont les modèles de Langmuir et de Freundlich, ou un modèle « intermédiaire » dit « de Sips » ou « Langmuir-Freundlich » ...
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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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