FR2637502A1 - Materiau de xenogreffe osseuse et procede d'obtention - Google Patents

Abstract

Le matériau de xénogreffe osseuse rigide selon l'invention est à base de corail madréporaire (du type madrépore millipore de préférence), lavé de toute substance organique d'origine. Le matériau coralien renferme, dans son réseau cavitaire, en totalité ou partiellement, un accélérateur organique de l'ostéogénèse. Cet accélérateur organique consiste en un gel protéique à base de collagène de type I atélopeptidique et de fibronectine, éventuellement complété par des protéines GLA, des glycosaminoglycanes et/ou des microparticules d'hydroxyapatite de calcium.

Description

La présente invention a pour objet un matériau rigide de xénogreffe osseuse et plus particulierement un produit destiné au comblement osseux, resorbable et ostéogenique ; elle concerne également le procedé pour obtenir ce matériau.

La réparation des pertes osseuses par greffe est une pratique chirurgicale dans nombre de spécialités. La difficulté liée a l'obtention des greffons et la quantite limitee de matériel autologue disponible en limitent cependant les indications.

Afin de pallier à ce problème, on a cherche depuis quelques annees à mettre au point des procédés d'allogreffe (banque d'os) ou des implants artificiels destinés à des xenogreffes.

On connaît une grande variété d'implants artificiels a vocation osteo-inductrice ou osteo-compatible, que l'on peut regrouper dans differentes classes - les implants a base de protéines et glycoprotéines solubles, inductrices de l'ostéogénèse, basés principalement sur l'utilisation de collagène. On compte dans ce type d'implants sur leur pouvoir ostéo-inducteur ; ils ne comportent cependant aucun matériau agissant a titre de squelette de rigidification. Ce type d'implant est par exemple décrit dans la demande de brevet EP-206 801.

- les implants inorganiques à base de materiau de synthese comme les hydroxyapatites (microporeuses ou non) ou le phosphate tricalcique. Ces matériaux sont choisis pour leur composition proche de la composition osseuse, pour leurs bonnes propriétés mécaniques et leur bonne tolérance par l'os. Ils sont cependant tres peu solubles et ne sont remplacés que très progressivement par le matériau osseux au niveau de la lésion.

- les implants a base d'hydroxyapatite ou de phosphate tricalcique, imprégnes de protéines ostéogéniques et en particulier de collagene. La présence de substances inductrices de l'osteogenese permet d'augmenter la rapidité de colonisation vasculaire et de migration des cellules osseuses (ostéoblastes, ostéoclastes).

Ce type d'implants est par exemple décrit dans la demande de brevet EP-197 693 concernant un matériau destiné à la réparation des lésions osseuses. Le matériau de base t du phosphate de calcium tel que de l'hydroxyapatite ou du phosphate tricalcique, est associé a du collagene atélopeptidique de type fibrillaire. L'imprégnation complète du matériau mineral poreux par le collage ne sous forme de gel est realisee par aspiration.

L'etude histophysiologique du comportement llin vivo des implants en general montre que dans la plupart des cas la partie inorganique de l'implant doit etre lysee avant que I'ostéogénese ne survienne. Ces materiaux servent principalement de structure à une colonisation vasculaire ramifiée et la migration des ostéoblastes ne survient que secondairement.

Or, comme on l'a déjà signalé auparavant, ces materiaux à base dthydroxyapatite ou de phosphate tricalcique sont faiblement solubles et leur remplacement par la structure osseuse est très lent, ce qui limite beaucoup leur efficacite.

Depuis déja quelques années, il est également connu d'utiliser du corail pour combler les lésions osseuses. Ce corail est soit transformé en micro-granules, soit utilise sous forme de fragments directement implantes au niveau de la lesion ; il est principalement utilise pour sa structure geometrique proche de la structure osseuse et pour sa bonne tolérance par l'os. I1 presente cependant des qualites mecaniques peu satisfaisantes mais surtout dans certains cas, une trop grande resorbabilite dans l'organisme etant donne ses caracteristiques de solubilite importante.

Ce caractère trop facilement resorbable du materiau coralien par l'anhydrase carbonique des osteoclastes ne laisse pas le temps au materiau osseux de se reformer avant la de gradation de l'implant.

L'invention a pour objet un nouveau type d'implant rigide utilisable à titre de xenogreffe et permettant de pallier aux inconvenients des implants actuels.

Le but de l'invention est de proposer un materiau de xénogreffe osseuse à vocation ostéoinductrice, ayant une structure proche de la structure osseuse et facilement biodegradable, de façon à augmenter la rapidité de formation du materiau osseux et permettre ainsi une réparation rapide des lésions.

Selon l'invention ce matériau de xénogreffe osseuse rigide est à base de corail et renferme, dans son réseau cavitaire, en totalité ou partiellement, un accélérateur organique de l'ostéogénèse.

Toujours selon l'invention, cet implant est compose par un substrat mineral en corail madréporaire, lavé de toute substance organique d'origine et dont la totalité de la structure ramifiée est traitée par des protéines favorisant l'attache, la migration et la croissance cellulaire.

Selon un mode de realisation particulier, la totalite de la structure ramifiée coralienne est comblée par un gel protéique constitué de protéines d'adhésion cellulaire du type collagene de type I atelopeptidique, gélatine ou poly-D-lysine à raison de 1 à 50 % du poids total sec (corail + protéines), associe à de la fibronectine dans des proportions allant de 0,001 % à 10 % en poids de la masse protéique.

Selon une autre disposition de l'invention, la phase organique comporte des proteines solubles ostéogéniques, en particulier des GLA proteines comme des ostéognines, des osteocalcines, ou ostéonectines dans une quantité variant de 0,001 % à 2 z en poids de la masse organique.

Toujours selon l'invention, la phase organique est complétée par des glycosaminoglycanes du type acide hyaluronique ou sulfate de chondroitine.

Selon une autre disposition de l'invention, la phase protéique est complétee par une dispersion de microparticules d'hydroxyapatite de calcium, de diamètre pouvant varier de 1 à 70 pm et dont la quantite n'excède pas 5 % en poids de la masse totale du produit.

L'invention a également pour objet le procédé de preparation de ce matériau de xénogreffe osseuse.

Selon l'invention ce procédé consiste - a usiner les fragments de corail appropriés, - à les laver de toute substance organique d'origine par passage dans des bains d'hypochlorites et d'alcalis, - a les imprégner totalement après stérilisation et séchage par la ou les phases protéiques stérilisées, a l'état de sol ; chaque phase de traitement du corail est réalisée sous pression négative et pour certaines dans un bain a ultrasons.

Toujours selon'l'invention, apres impregnation par la ou les phases organiques à l'étant de sol, les blocs sont retirés de la solution et maintenus à température telle que le sol passe a l'étant de gel.

En fin de traitement, les blocs coraliens peuvent etre lyophilisés, ou dessiqués, stérilisés et emballés pour la commercialisation.

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Ces blocs ont un volume variant de 0,5 mm à plusieurs cm3 et ont des formes adaptées au comblement de la lésion traitée. Ils peuvent également etre combinés à des prothèses chirurgicales métalliques ou non, sans ciment.

Dans ce cas, le materiau coralien est inséré dans des logettes rétentives réalisées sur la prothèse ; ils sont destinés à induire la formation de structure osseuse à ce niveau et améliorer ainsi l'implantation de la prothèse dans l'organisme.

Mais l'invention sera encore illustrée, sans etre aucunement limitee par la description suivante de différents modes de réalisation, donnes à titre d'exemples nullement limitatifs.

Le matériau de xénogreffe osseuse rigide selon l'invention est réalisé à partir dtun bloc de corail associé à un accélérateur organique de I'ostéogénèse.

La structure coralienne et en particulier le corail madréporique du type "madrépore millipore" présente une structure minérale d'argonite, microporeuse, proche de la structure topographique de l'os. Sa structure à cellules ouvertes communiquantes lui confère une porosité adéquate pour servir de matrice et de bon support géométrique dans son utilisation à titre de produit de comblement osseux.

Le corail, recollé dans la nature, est débité en blocs primaires, lavé et incube pendant plusieurs jours dans des alcalis et de I'hypochlorite de soude de façon à le débarrasser de toute substance organique. Cette incubation a lieu dans une cloche à vide permettant au solvant de penetrer l'ensemble de la structure coralienne. L'usinage aux formes définitives, adaptées geometriquement au site d'implantation, est alors pratiqué, suivi d'un lavage par eau distillée et alcool àn bac à ultrasons.

Les blocs de corail sont ensuite stérilisés par passage de plusieurs heures dans un four å 160-1804C, puis immerges dans de l'ethanol a 90 % puis à 100 % pour achever la déshydratation. Ils sont ensuite replacés sous vide, pour plusieurs heures, de façon à aboutir à une complete deshydratation et à un substrat minéral en corail "madrépore millipore" apte à subir le traitement organique.

La totalite de la structure ramifiee coralienne est traitée par des protéines qui sont les vecteurs des migrations cellulaires osseuses (ostéoclastes, ostéoblastes).

Les blocs coraliens pré-usinés sont imprégnés d'une matrice organique formée d'un gel à base de protéines d'adhésion cellulaire. Ces protéines consistent essentiellement en du collagène de type I atelopeptidique associé à de petites quantités de fibronectine et eventuellement à de la gélatine ou poly-D-lysine. Dans certains cas la gelatine et/ou la poly-D-lysine peut remplacer le collagène.

Ce gel matriciel de base peut évetuellement etre associé à des substances réputées inductrices de l'osteogenese telles que des protéines ostéogéniques, en particulier des proteines GLA : par exemple des ostéogénines, ostéocalcines ou ostéonectines, ou des glycosaminoglycanes comme l'acide hyaluronique ou le sulfate de chondroïtine.

Ce gel glycoprotéique a pour effet, au niveau de l'implant, de faciliter la colonisation vasculaire des cavites de la structure coralienne ainsi que la migration des cellules, en particulier ostéoblastiques, accelerant ainsi le processus d'ossification et la resorption de la phase minerale de l'implant.

La phase proteique, en cours de preparation, et a l'etat de sol, peut etre completee par une suspension en quantité variable de microparticules d'hydroxyapatite ou de phosphate tricalcique (0,5 a 70 Um), permettant, en association avec les cellules osseuses, d'initier des foyers de minéralisation et jouant un role d'agent de nucléation homogène.

La matrice protéique a la composition suivante - collagene (ou gelatine ou poly-D-lysine) ; au moins 86 % en poids - fibronectine : 0,001 a 10 % en poids - proteines GLA : 0 a 2 % en poids - glycosaminoglycanes : 0 à 2 t en poids.

la somme des pourcentages de ces constituants entant égale 100 t.

Cette composition est telle qu'une fois l'implant impregne, le collagène représente 1 à 50 % du poids total sec (corail + protéines) ; dans le cas où on rajoute des microparticules d'hydroxyapatites à la solution proteique, ce dernier constituant, dans l'implant, represente au maximum 5 % du poids total sec.

Differents types de substrat proteique peuvent etre réalisés à partir des constituants précédemment détermines. Quelques exemples de realisation sont indiques plus loin en liaison avec des proportions variables en fonction du cas et de l'espece.

L'impregnation proteique est réalisee par immersion des blocs de corail dans une solution à temperature telle qu'elle se trouve à l'état de sol. Ce sol est maintenu en agitation constante afin de maintenir les eventuelles particules en suspension et l'impregnation se fait pendant plusieurs heures sous vide, de façon à remplir l'ensemble du reseau cavitaire coralien. Cette solution protéique a bien entendu été stérilisée au préalable, par exemple par passage sur filtre de-0,5 puis de 0,22 pm ; les particules d'hydroxyapatite ou de phosphate tricalcique ont par exemple été stérilisées par chaleur seche.

L'appareillage destiné a réaliser cette impregnation protéique peut consister, tel que représente sur le dessin annexe donné à titre indicatif, en une enceinte externe 1 à double paroi dans laquelle le vide relatif peut etre pratiqué au moyen d'un système de pompe à vide 2. Cette enceinte 1 est obturee par un couvercle 3 comportant plusieurs passages pour tubulures 4 permettant aux differentes solutions de lavage et d'enrobage de pénétrer dans un bac interne 5 ou sont places les échantillons 6. Une tubulure de sortie 7 permet la vidange des solutions de traitement. Le bac interne 5 peut etre contenu dans une cuve à ultrasons permettant l'éventuelle sonication des pièces 6 à enrober. Dans la double paroi de l'enceinte externe 1, on peut etablir un courant de fluide caloporteur permettant de maintenir les echantillons 6 à une temperature adéquate à chaque phase de préparation.

L'împregnation du bloc de corail peut être réalisée en un seul bain de substrat protéique ou en plusieurs bains de nature différente séparés chacun par un traitement de déssication ou de lyophilisation. Ce procedé de traitement par plusieurs bains successifs peut etre intéressant pour réaliser une organisation moléculaire particulière de l'association protéique, en particulier pour la fibronectine.

L'imprégnation protéique étant juge suffisante, les blocs sont retires de la solution et maintenus à température telle que le sol passe à l'etat de gel. Les blocs peuvent être alors lyophilisés emballés et stérilises, par exemple par rayons gamma.

L'implant selon l'invention consiste donc en un bloc pré-usin de corail madréporique, en particulier de corail "madrépore millipore" adapté géométriquement au site d'implantation et destiné à combler le plus parfaitement possible et de façon rigide la perte de substance osseuse.

Ce matériau de carbonate de calcium, présentant une grande surface d'échange, grace à sa porosite, est associé à des protéines favorisant llosteogenèse.

Une fois implanté au niveau de la lésion, le matériau coralien traité agit comme un squelette ou patron empechant d'autres tissus de combler la perte osseuse. Dans un premier temps, le système cavitaire est colonise par des axes vasculaires ; le reseau protéique assure rapidement la migration, l'attache et la croissance cellulaire. Dans un second temps, les ostéoclastes détruisent la structure minérale d'argonite par leur activité anhydrase carbonique et les ostéoblastes interviennent enfin pour synthétiser une matrice extra cellulaire de type ostéoide et minéraliser cette matrice.

L'implant selon l'invention a une composition destinee à minimiser les effets antigéniques ou toxiques il peut être utilise par exemple pour le comblement des alveoles dentaires après extraction, pour le comblement des poches parodontales infra-osseuses, pour la reparation des lames alveolaires voire meme pour la surelévation des cretes maxilaires lors d'édentation importante.

De nombreux types de formes peuvent etre realisés à partir de ce matériau, en fonction du type et de la localisation de l'intervention.

I1 est également possible d'utiliser ce matériau en association avec des protheses sans ciment" dans le domaine orthopédique. Le matériau selon l'invention peut alors etre insere dans des logettes retentives realisées sur la prothese ; ce matériau permet d'induire une formation très rapide de structure osseuse et ainsi améliorer l'implantation de la prothese dans l'organisme.

Il est ainsi possible d'associer le matériau coralien bio-dopé, par exemple à une prothèse fémorale osteobloquée ou un implant dentaire ; les logettes peuvent etre réalisées, dans le cas d'une prothèse, au niveau du cotyle auto-taraudant et directement sur la prothese femorale qu'elles peuvent le cas echéant complètement traverser, réalisant un pont osseux au travers du matériau métallique.

Exemples de réalisation de la matrice protéigue
Exemple n 1 collagène de type I atélopeptidique : 1 à 50 % en poids du poids total sec (corail + protéines) . fibronectine : 0,001 à 10 % en poids de la masse organique
Exemple n 2 # collagène de type I atélopeptidique : 1 a 50 z en poids du poids total sec fibronectine : 0,001 à 10 % en poids de la masse organique protéines ostéogéniques (protéines GLA : ostéogénine, ostéocalcine ou ostéonectine) : 0,001 a 2 % en poids de la masse organique
Exemple n 3 # gélatine : 1 50 e en poids du poids total sec # fibronectine : 0,001 a 10 % en poids de la masse organique # glycosaminoglycane (acide hyaluronique ou sulfate de chondroïtine) : 0,001 a 2 % en poids de la masse organique
Exemple n 4 # collagene de type I atélopeptidique : 1 50 % en poids du poids total sec # fibronectine . 0,001 à 10 % en poids de la masse organique # protéines GLA : 0,001 à 2 % en poids de la masse organique # microparticules d'hydroxyapatite de calcium (1 a 70 m) : 0,001 à 5 % en poids du poids total sec.

Claims (12)

1. - REVENDICATIONS

   1.- Materiau de xénogreffe osseuse rigide caractérise en ce qu'il est composé d'une matrice coralienne renfermant, dans son réseau cavitaire, en totalité ou partiellement, un accélérateur organique de I'ostéogénèse.
2. 2- Matériau de xénogreffe osseuse rigide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est composé d'un substrat minéral en corail madréporaire, lavé de toute substance organique et dont la totalité de la structure ramifiée est traitée par des protéines favorisant la migration, l'attache et la croissance cellulaire.
3. 3.- Matériau de xénogreffe osseuse rigide selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la totalité de la structure ramifiée coralienne est comblée par un gel protéique constitue de proteines d'adhesion cellulaire du type collagène de type I, gelatine ou poly-D-lysine, associe a de la fibronectine.
4. 4.- Materiau de xénogreffe osseuse selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gel proteique est constitué : - de collagène du type I atelopeptidique, gélatine ou poly-D-lysine : 1 a 50 % du poids total sec, - de fibronectine : 0,001 à 10 % en poids de la masse organique.
5. 5.- Materiau de xénogreffe osseuse rigide selon la revendication 4, caractérisé en ce que la phase organique comporte des proteines solubles osteogeniques, en particulier des GLA proteines dans une quantité variant de 0,001 à 2 g en poids de la masse organique.
6. 6.- Materiau de xenogreffe osseuse rigide selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la phase organique est completée par des glycosaminoglycanes du type acide hyaluronique ou sulfate de chondroïtine.
7. 7.- Matériau de xénogreffe osseuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la phase protéique est complétée par une dispersion de micro particules drhydroxyapatite de calcium, de diametre pouvant varier de 1 à 70 pm et dont la quantité n'excède pas 5 t en poids de la masse totale du produit.
8. 8.- Materiau de xenogreffe osseuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérise en ce que les blocs coraliens utilises ont un volume variant de 0,5 mm3 à plusieurs cm3 et ont des formes adaptees au comblement de la lesion traitée.
9. 9.- Materiau de xenogreffe osseuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est inséré dans des logettes retentives de prothèse "sans ciment", de façon à induire la formation de structure osseuse et ameliorer l'implantation de la prothese dans l'organisme.
10. 10.- Procédé de preparation d'un matériau de xenogreffe osseuse selon l'une quelconque des revendications 1 a 8, caracterise en ce qu'il consiste - à usiner les fragments de corail appropries, - à les laver de toute substance organique par passage dans des bains d'hypochlorite et d'alcalis, - a les impregner totalement après sterilisation et sechage par la ou les phases proteiques sterilisees, a l'etat de sol, chaque phase de traitement du corail etant realisee sous pression negative et pour certaines dans un bain à ultrasons.
11. 11,- Procede de preparation d'un matériau de xenogreffe osseuse selon la revendication 10, caracterisé en ce que, apres impregnation par la ou les phases organiques a l'état de sol, les blocs sont retires de la solution et maintenus à temperature telle que le sol passe à ltetat de gel.
12. 12.- Procede.de preparation d'un matériau de xenogreffe osseuse selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caracterise en ce que en fin de traitement, les blocs sont lyophilisés ou dessiques, et sterilises.