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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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4. Conclusion et perspectives
Les apatites phosphocalciques et leurs dérivés sont des composés bio-inspirés qui trouvent leur place dans diverses applications biomédicales. Leur capacité à accommoder bon nombre de substituants ioniques ainsi que leur forte réactivité de surface offrent des perspectives originales et nombreuses. Dans le but d’interagir à un niveau cellulaire ou tissulaire in vivo et pour différentes applications, il est pertinent de disposer de (nano)particules de taille contrôlée voire colloïdales et d’adsorber à la surface des molécules organiques conférant des propriétés thérapeutiques à la (nano)particule ou facilitant la thérapie ciblée (agent de ciblage). Le cœur minéral des particules peut également être chargé en ions bioactifs (antibactériens, anti-inflammatoires…) ou encore présenter un intérêt pour le diagnostic médical (ex : Eu3+ pour la luminescence). La figure 7 résume de manière schématique les applications biomédicales potentielles déjà identifiées des (nano)particules hydrides minérales-organiques à base d’apatite.
Par ailleurs, la grande versatilité des particules hybrides à base d’apatite permet d’envisager de nouvelles perspectives de recherche, par exemple dans le domaine de la cicatrisation des tissus, de la délivrance « intelligente » de principes actifs (smart delivery) sous l’action de stimuli spécifiques et/ou d’une multifonctionnalisation (dopages ioniques, coadsorptions moléculaires).
À ce stade, des données in vivo doivent être accumulées pour affiner la connaissance de ces composés ; il est en effet nécessaire de documenter encore plus avant leur innocuité et activité(s) biologique(s), en lien avec les applications visées. Ceci permettra alors de progresser vers l’applicabilité de ces systèmes en clinique. Il sera aussi important de valider les approches de stérilisation et de changement d’échelle, nécessaires au transfert technologique et à une possible industrialisation.
La caractérisation fine des systèmes apatitiques considérés est importante tout au long de la mise au point d’un protocole, et ceci passe par une bonne connaissance des composés apatitiques et de leur diversité, compte tenu de la richesse de la physicochimie des phosphates de calcium couvrant un domaine de l’ingénierie des matériaux à part entière,...
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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).
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(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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