FR2477161A1 - Nouveaux elastomeres de polyurethane aliphatique, leur preparation et leur application notamment pour la realisation de cornees artificielles - Google Patents
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Abstract
NOUVEAUX ELASTOMERES DE POLYURETHANE ALIPHATIQUE, LEUR PREPARATION ET LEUR APPLICATION NOTAMMENT POUR LA REALISATION DE CORNEES ARTIFICIELLES. CET ELASTOMERE EST LE PRODUIT DE LA REACTION: 1.D'UN DIISOCYANATE; 2.DE POLYETHER DE TETRAMETHYLENEGLYCOL, 3.D'UN AGENT D'EXTENSION DE CHAINE, LEDIT DIISOCYANATE ETANT CHOISI DANS LE GROUPE CONSTITUE PAR LE DICYCLOHEXYL METHYLENE DIISOCYANATE, L'HEXAMETHYLENE DIISOCYANATE, L'ISOPHORONE DIISOCYANATE ET LE TRIMETHYLHEXAMETHYLENE DIISOCYANATE, ET LEDIT AGENT D'EXTENSION DE CHAINE ETANT CHOISI DANS LE GROUPE CONSTITUE PAR LE TRIMETHYLOL PROPANE ETHERIFIE PAR L'OXYDE D'ETHYLENE, LE TRIMETHYLOL BUTANE ETHERIFIE PAR L'OXYDE D'ETHYLENE, LE PENTAERYTHRITOL ET LE TRIMETHYLOL ETHANE.
Description
l 2477161 La présente invention est relative à la correction de la vision
nécessitée par des blessures ou des défauts de l'oeil, et plus particulièrement à un implant cornéen synthétique jouant le rôle d'une fenêtre biologique qui peut se substituer de façon permanente à la zone endommagée du tissu cornéen. Grâce à sa limpidité et à sa biocompatibilité, le matériau de la présente invention peut également faire office de cristallin implantable
de façon permanente.
Parfois le tissu cornéen qui recouvre la partie avant du globe oculaire humain se trouve lésé o il s'y forme une éruption qui crée des zones opaques dans la cornée. Si ces zones opaques ou grumeleuses se produisent sur la pupille, la personne ainsi affligée se trouve aveugle ou tout au moins sa vision est
partiellement obscurcie.
Actuellement, lorsqu'une cornée est malade au point o le remplacement est justifié, la seule méthode vraiment efficace pour un tel remplacement consiste à effectuer une transplantation de la cornée. Naturellement, effectuer une transplantation de la cornée requiert qu'une cornée soit disponible et que le receveur
soit capable de tolérer immunologiquement la transplantation.
Bien que la technique des transplantations cornéennes à partir d'yeux stockés dans les "banques d'yeux" soit hautement développée, le pourcentage d'opérations satisfaisantes est, il faut en convenir, minoritaire. Ces opérations ne sont réussies qu'à un taux inférieur à 30% et les chiffres les plus fiables indiquent que dans seize pour cent seulement des cas, on note une
amélioration de l'acuité visuelle.
La technique présente de réparation des cornées endom-
magées comprend le remplacement d'une portion circulaire ou carrée soigneusement découpée de la cornée par celle d'un donneur
qui a été découpée exactement aux mêmes dimensions et configuration.
La cornée nouvellement greffée est alors admise à se consolider et à former une fenêtre transparente à travers laquelle le patient peut voir clairement. L'opération est extrêmement délicate et un
pourcentage élevé d'échecs se produit du fait que l'implant cor-
néen ne se greffe pas convenablement ou se détériore, devenant à
nouveau opaque. Les raisons principales d'échec sont l'opacifi-
cation de la greffe et le développement des vaisseaux sanguins et
ces échecs ont rendu souhaitable l'obtention d'une greffe arti-
ficielle dans laquelle les vaisseaux sanguins ne se développent
2 2477161
pas, et autour de laquelle aucun tissu de granulation ne vient
opacifier le champ normal de vision. De telles conditions d'opa-
cification réduisent le nombre des transplantations cornéennes
qui peuvent être effectuées.
Diverses tentatives ont été faites pour réaliser ces greffes sous la forme de fenêtres synthétiques. Dans ce-z fenêtres divers matériaux transparents ont été utilisés, mais même lorsque ceux-ci étaient suffisamment inertes pour être tolérés, les greffes, bien que suturées en place ne tardaient pas à être rejetées. Il est donc hautement souhaitable de disposer d'un
matériau synthétique qui puisse être utilisé comme cornée artifi-
cielle dans une transplantation de cornée.
Pour qu'un matériau synthétique puisse réussir dans l'utilisation en kératoprothèse, ledit matériau doit satisfaire un certain nombre de critères. Par exemple, le matériau doit être compatible avec le tissu de l'oeil humain. Le matériau doit être optiquement limpide. Il doit également être résistant et facile à fabriquer. Jusqu'à présent, un tel matériau satisfaisant à tous
les critères précités n'a pas été trouvé.
Selon la présente invention, on a créé un polyuréthane aliphatique qui possède la limpidité du cristal et qui peut être utilisé comme cornée artificielle. Ce polyuréthane est un produit particulier de la réaction: 1. d'un diisocyanate, 2. de polyéther de tétraméthylèneglycol, et 3. d'un agent d'extension de chaîne,
comme cela sera exposé plus en détail ci-après.
La présente invention va maintenant être expliquée de façon plus détaillée en se référant au dessin annexé dans lequel
la figure i est une vue schématique d'un oeil représen-
tant une cornée formée en un matériau selon la présente invention, la figure 2 est un diagramme illustrant le procédé selon la présente invention de moulage de cornées à partir de l'élastomère de la présente invention, la figure 3 est un graphique des caractéristiques de transmission de la lumière du polymère de la présente invention, et
les figures 4 et 5 sont des spectres infrarouges du po-
lymère de la présente invention.
3 2477161
De façon générale les polymères de polyuréthane sont des produits de condensation des réactions entre des diisocyanates et des dérivés contenant des sites d'hydrogène actif tels que les groupes hydroxyle. Un diisocyanate-est un dérivé--disocyanate bifonctionnel. La polymérisation a lieu en présence d'un dérivé hydroxylé bifonctionnel (celui-ci pouvant être soit un simple
glycol, soit un glycol macromoléculaire).
catalyseur 0 0
1-OH11C -N-R-N-C-O-R10
liil
n O=C=N-R-N=C=O + n HO-R -1O-
(diisocyanate) (glycol) L H Jn n étant le nombre de moles de réactifs (polyuréthan) Selon la présente invention, le diisocyanate est notamment le dicyclohexyl méthylène diisocyanate qui possède la formule structurelle suivante:
CH-- CH2 CH
w /H-- CHHC O = CO = N -CH 2CH - cH2 - CH 2CH - N = C
CH---CH2 CH2---CH2 O
2 C 2 - --C 2'"
On peut également utiliser l'hexaméthylène diisocyanate
l'isophorone diisocyanate et le triméthylhexaméthylène diisocyanate.
Le dérivé hydroxylé bifonctionnel est le polyéther de tétraméthylèneglycol (PETMG) H-(O-CH2-CH2-CH2-CH2)n-OH, n étant un nombre entier. En général pour être utilisable dans la présente invention ce glycol doit avoir un poids moléculaire moyen se situant entre environ 500 et 5000, de préférence entre 1000 et 3000. Dans le mode de réalisation préféré le PETMG possède un
poids moléculaire de 2000.
Le polyuréthane de la présente invention contient éga-
lement un agent d'extension de chaîne (polyol de bas poids molé-
culaire). Selon la présente invention l'agent d'extension de chaîne est notamment le triméthylol propane éthérifié par l'oxyde d'éthylène qui possède la formule structurelle suivante:
4 2477161
CH2-0-CH2CH2-OH
CH -CH -C-CH -O-CH CH -OH
HO-CH2CH2-O-CH2
Selon l'invention on peut également utiliser comme agents d'extension de chaîne le triméthylol butane éthérifié par
l'oxyde d'éthylène, le pentacrytritol et le triméthylol éthane.
Pour préparer des polymères élastomères transparents selon l'invention, on fait réagir par exemple 2,2 équivalents en poids du dicyclohexyl méthylène diisocyanate avec 1,0 équivalent en poids du polyéther de tétraméthylèneglycol et 1,0 équivalent
en poids de triméthylol propane éthérifié par l'oxyde d'éthylène.
Le produit de la réaction est un élastomère de polyuréthane ayant la formule suivante:
2 4 7 7 1 6 1
ro--
A N4
oy v -Z o O=Y = C'q C',
'Y
yC'q y t
JT/GB/50662
-5-
6 2477161
o nj, n2 et n3 sont des nombres entiers positifs compris dans la gamme de 25 à 30 et n4 est un nombre entier positif compris dans
la gamme de 100 à 300.
Pour obtenir des moulages de polyuréthane totalement durcis en une période de temps raisonnablement courte, il est d'usage d'incorporer dans le mélange réactionnel, un catalyseur
approprié pour promouvoir la réaction de polymérisation. Les ca-
talyseurs appropriés comprennent la N-méthylmorpholine, la tri-
méthylamine, la triéthylamine, l'octoate de zinc et le dilaurate 1O de dibutyl étain. Le dilaurate de dibutyl étain est le catalyseur préféré. Le procédé de moulage d'une cornée selon la présente invention est schématiquement représenté dans la figure 2. Dans la pratique de l'invention, on prépare le polyuréthane à partir de deux constituants que l'on peut appeler partie A et partie B. La partie A est le diisocyanate aliphatique. La partie B est formée des constituants restants, c'est-àdire le polyéther de tétraméthylèneglycol, l'agent d'extension de chaîne tel que le
triméthylol propane éthérifié par l'oxyde d'éthylène et le cataly-
seur. Pour former un élément de polyuréthane moulé, tel qu'une cornée ou un cristallin, les proportions stoechiométriques de la
partie A et de la partie B sont émulsionnées en un mélange à -
température ambiante pour former un mélange thixotropique modérément
réactif, possédant une viscosité inférieure à environ 2500 cps.
Du fait que la mise en émulsion introduit de l'air dans le mélange réactionnel, l'air doit être éliminé. Les bulles d'air sont éliminées en plaçant le récipient contenant l'émulsion sous une coupelle et en évacuant l'air de la coupelle à l'aide d'un
dispositif d'aspiration. La coupelle est vidée jusqu'à une pres-
sion d'environ 0,3 microns et le mélange est maintenu sous la coupelle pendant environ 8 minutes. Après que l'émulsion a été retirée de la coupelle on la laisse pauser jusqu'à ce que la réaction exothermique amène la température à environ 40C. A ce
moment, l'émulsion est introduite à force dans un moule.
Il est préféré d'introduire l'émulsion depuis le bas vers le haut du moule par l'utilisation d'un gaz sous pression tel que l'azote sec. Après que le moule a été rempli il est placé dans un four et chauffé à une température d'au moins 1100C pendant quatre heures ou plus jusqu'à ce que l'élastomère durcisse. Le moule est ensuite enlevé du four, admis à atteindre la température 7 247716i ambiante et l'on démoule la cornée ou le cristallin. On prévoit
dans la réalité de n'utiliser qu'un seul moule pour former plu-
sieurs cornées ou cristallins qui sont reliés les uns aux autres.
Après leur enlèvement du moule, les cornées ou cristallins sont séparés. Les moules de cornée sont conçus de façon à obtenir
pour une cornée donnée une épaisseur de 250 microns ou moins.
L'invention va maintenant être illustrée par les exemples non limitatifs qui suivent
EXEMPLE 1
Procédé en une étape On chauffe à 350 un mélange de polyéther de tétraméthylène glycol de poids moléculaire 2000 et du triméthylol propane éthérifié par l'oxyde d'éthylène, puis on le dégaze pendant plusieurs minutes. Le rapport en poids du mélange est de 227,2 grammes de polyéther pour 24,9 grammes de triol. Pour assurer un durcissement approprié, on ajoute 0,015 gramme de dilaurate de dibutyl étain au mélange ci-dessus. On ajoute à ce mélange 67,9 grammes de dérivé de dicyclohexyl méthylène diisocyanate, et l'on émulsifie
intimement les deux matériaux par malaxage pendant trois minutes.
On procède ensuite en une seconde étape au dégazage pour éliminer
tout l'air emprisonné dans le mélange.
Le mélange est introduit à force dans un moule approprié,
au moyen d'azote sous pression, et durci à 1100C pendant 3 heures.
On obtient ainsi un polymère élastique optiquement limpide possé-
dant les propriétés physiques suivantes: résistance à la traction 320 psi, allongement: 600% et dureté à l'échelle de Shore A 65. On rappelle que le symbole psi signifie "livre par pouce carrée" Procédé avec formation d'un prépolymère On introduit 68 grammes de dérivé de dicyclohexyl méthylène diisocyanate dans un flacon à réaction possédant quatre cols, qui a été purgé à l'aide d'azote sec. On maintient le contenu du flacon sous un courant constant d'azote et l'on introduit 227,2 grammes de polyéther de tétraméthylèneglycol (PM 2000) préalablement séché. On ajoute le polyéther lentement à l'isocyanate
pour-défavoriser une réaction d'extension de chaîne. Après l'intro-
duction de tout le polyéther, on ajoute 0,010 gramme de dilaurate
de dibutyl étain.
8 2477161
Le mélange est maintenu à 800C sous agitation continue
pendant quatre heures ou jusqu'à ce que le pourcentage NCO théo-
rique de 4,3% +1 soit atteint. On laisse alors le prépolymère
refroidir à la température ambiante et on le soumet à une atmos-
phère d'azote. Avant l'extension de chaîne le prépolymère est réchauffé jusqu'à 850C et débarrassé de son air. On mélange
ensuite 24,9 g de triméthylolpropane éthérifié par l'oxyde d'éthy-
lène avec le prépolymère, et le mélange résultant est débarrassé de son air. Puis on introduit à force le mélange liquide dans un moule au moyen d'azote sous pression et on le durcit pendant quatre heures à 1100C, temps pendant lequel l'extension de chaîne de l'élastomère a également lieu. Les propriétés types de l'élastomère optiquement limpide obtenu sont: résistance maximale à la traction 3600 psi, allongement: 680% et dureté à l'échelle de Shore A 65. Les figures 4 et 5 représentent le spectre infrarouge d'un polymère selon l'invention. La figure 4 est le spectre de transmission infrarouge et la figure 5 est le spectre d'absorption infrarouge.
Le matériau préparé par le procédé exposé dans l'exemple-
1 a été inséré sous la cornée d'un oeil de lapin. Ceci a été ef-
fectué par incision chirurgicale dans la cornée du lapin en fai-
sant glisser une pièce du matériau sous la cornée existante. Cet essai a démontré que le lapin était capable de voir par l'oeil
contenant le matériau de la présente invention qui est resté lim-
pide et exempt de vaisseaux sanguins opacifiants pendant toute la
période d'essai d'implantation de 30 jours.
La figure 3 illustre la limpidité du polymère de la présente invention en comparant sa transmission de la lumière avec celle d'un verre optique de qualité élevée. La' courbe 3 représente le polymère de la présente invention et la courbe 4
représente le verre optique de qualité élevée.
Pour mieux faire comprendre le procédé de kératoprothèse selon l'invention, on mentionne le fait qu'une cornée 10 fait
quelque peu saillie du contour régulier du reste du globe oculaire.
(Voir la figure 1). Les autres parties du globe oculaire qui sont représentées dans la figure 1 sont le cristallin 12, l'iris 14 et le corps vitreux 16. Comme on l'indique ci-dessus le cristallin 12 peut être constitué en un polymère selon la présente invention
et peut être implanté dans un globe oculaire.
9 2477161
Avant d'expliquer en détail l'implant 18 de la figure 2 on doit tout d'abord indiquer qu'il est relativement mince et de forme concavo-convexe pour suivre le contour de la cornée malade 10. Pour recevoir un implant selon l'invention, la cornée 10 est subdivisée par une incision séparant la cornée en une couche an-
térieure et une couche postérieure, les couches restant intercon-
nectées dans la zone du limbe, la zone étant habituellement diamétralement opposée à la région dans laquelle l'incision a été commencée.
Après avoir effectué l'incision, on rabat la couche an-
térieure, puis on positionne l'implant sur la couche postérieure de la cornée. On tire la couche sur l'implant ainsi placé et l'on suture l'implant de telle sorte qu'il soit maintenu en place
entre les couches de cornée.
Comme il a été dit ci-dessus, le matériau de la présente invention est approprié à la réalisation d'un cristallin artificiel
qui peut être implanté chirurgicalement dans le globe oculaire.
Un cristallin s'opacifie souvent, ce qui occasionne un obstacle à la vision. Lorsque cela se produit un cristallin constitué en un polymère selon la présente invention peut être utilisé en remplacement
du cristallin normal du patient. Pour effectuer une telle opéra-
tion, le cristallin existant 12 est retiré selon des techniques connues. L'une de ces techniques consiste à briser le cristallin en petits morceaux et à extraire les petits morceaux du globe oculaire par un dispositif d'aspiration. Le cristallin normal étant enlevé, un cristallin constitué du polymère selon la présente
invention possédant approximativement la même configuration phy-
sique peut être inséré dans le globe oculaire et fixé en place d'une manière similaire à celle décrite ci-dessus en ce qui
concerne le placement de la cornée artificielle.
Des changements pouvant être effectués dans la mise en oeuvre et les détails indiqués des modes de réalisation ci-dessus
sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention, la description
et les dessins annexés ne sont donnés ici qu'à titre d'exemple en
aucune manière limitatif.
Claims (14)
1. Cornée artificielle destinée à l'implantation dans un globe oculaire humain, ladite cornée étant caractérisée par le fait qu'elle est constituée en un élastomère de-polyuréthane aliphatique, l'élastomère de polyuréthane étant le produit de la réaction: (1) d'un diisocyanate (2) de polyéther de tétraméthylèneglycol, (3) d'un agent d'extension de chaîne, ledit disocyanate étant choisi dans le groupe constitué par le dicyclohexyl méthylène diisocyanate, l'hexaméthylène diisocyanate, l'isophorone diisocyanate et le triméthylhexaméthylène diisocyanate, et ledit agent d'extension de chaîne étant choisi dans le groupe constitué par le triméthylol propane éthérifié par l'oxyde d'éthylène,
le triméthylol butane éthérifié par l'oxyde d'éthylène, le pentaéry-
thritol et le triméthylol éthane.
2. Cornée artificielle selon la revendication 1, carac-
térisée par le fait que le poids moléculaire du polyéther de té-
traméthylèneglycol est situé dans la gamme de poids moléculaire
de 1000 à 3000.
-3. Cornée artificielle selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le diisocyanate est le dicyclohexyl méthylène diisocyanate et que l'agent d'extension de chaîne est
le triméthylol propane éthérifié par l'oxyde d'éthylène.
4. Elastomère de polyuréthane, caractérisé par le fait qu'il est le produit de la réaction: (1) d'un diisocyanate (2) de polyéther de tétraméthylèneglycol, (3) d'un agent d'extension de chaîne, ledit diisocyanate étant choisi dans le groupe constitué par le dicyclohexyl méthylène diisocyanate, l'hexaméthylène diisocyanate, l'isophorone diisocyanate et le triméthylhexaméthylène diisocyanate, et ledit agent d'extension de chaine étant choisi dans le groupe constitué par le triméthylol propane éthérifié par l'oxyde d'éthylène, le triméthylol butane éthérifié par l'oxyde
d'éthylène, le pentaérythritol et le triméthylol éthane.
5. Elastomère de polyuréthane selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il est le produit de la réaction du dicyclohexyl méthylène diisocyanate, de polyéther de tétraméthylèneglycol
et de triméthylol propane éthérifié par l'oxyde d'éthylène.
6. Elastomère selon la revendication 4 ou 5, caractérisé
par le fait que le poids moléculaire dudit polyéther de tétraméthylène-
il 247716t
glycol est situé dans la gamme de 1000 à 3000.
7. Procédé pour la formation d'une cornée artificielle
destinée à l'implantation dans uxf globe oculaire humain, caracté-
risé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à: a) réaliser des réactifs comprenant un diisocyanate, du polyéther de tétraméthylèneglycol et un agent d'extension de chaîne, ledit diisocyanate et ledit agent d'extension de chaîne étant défini comme dans la revendication 1, b) mélanger les réactifs afin de former un mélange de réaction, c) dégazer le mélange de réaction afin d'éliminer l'air occlus
d) introduire à force le mélange de réaction dans un moule pos-
sédant la configuration d'une cornée artificielle, - e) durcir le mélange dans le moule pour former un élastomère de polyuréthane, et
f) retirer du moule l'élastomère limpide en forme de cornée.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que dans l'étape (e) le mélange est durci dans le moule par
un chauffage à au moins 1100C pendant au moins quatre heures.
9. Elastomère de polyuréthane possédant la formule suivante (dans laquelle nj, n2 et n3 sont des entiers positifs pouvant varier dans la gamme 25-30 et n4 est un entier positif pouvant varier dans la gamme 100- 300):_:
12 2477161
C.)
CNI
N o=y 3 0
<NI
|cI C? (ICN o=CI I -t AS /yN
JT/GB/50662
13 2477161
10. Cristallin artificiel destiné à l'implantation dans un globe oculaire humain, ledit cristallin étant caractérisé par
le fait qu'il est constitué en un élastomère de polyuréthane ali-
phatique, ledit élastomère de polyuréthane étant le produit de la réaction de: (1) un diisocyanate
(2) polyéther de tétraméthylèneglycol, possédant un poids molé-
culaire situé dans la gamme de 500 à 5000, et (3) un agent d'extension de chaîne, ledit diisocyanate et ledit agent d'extension de chaîne étant
définis comme dans la revendication 4.
11. Cristallin artificiel selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le poids moléculaire du polyéther de tétraméthylèneglycol est situé dans la gamme de 1000 à 3000
unités de poids moléculaires.
12. Cristallin artificiel, caractérisé par le fait
qu'il est constitué en élastomère selon la revendication 5.
13. Procédé pour former un cristallin artificiel tel
que défini dans l'une quelconque des revendications 10 et 11,
destiné à une implantation dans un globe oculaire humain, caracté-
risé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à: (a) fournir des réactifs comprenant le diisocyanate, le polyéther de tétraméthylèneglycol et l'agent d'extension de chaîne, (b) mélanger les réactifs pour former un mélange de réaction, (c) dégazer le mélange de réaction pour éliminer l'air occlus, (d) introduire à force le mélange de réaction dans le moule possédant la configuration d'un cristallin artificiel, (e) durcir le mélange dans le moule pour former un élastomère de polyuréthane, et
(f) retirer du moule l'élastomère limpide en forme de cristallin.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que dans l'étape (e) le mélange est durci dans le moule
par un chauffage à au moins 1100C pendant au moins quatre heures.
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