FR2670115A1 - Materiau biocompatible et biodegradable, tel qu'un ciment pour scellement de prothese notamment orthopedique. - Google Patents
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Abstract
Matériau biocompatible et biodégradable, tel qu'un ciment pour scellement de prothèse notamment orthopédique, comprenant un système monomère, une charge et un amorceur de polymérisation, ce système, cette charge et cet amorceur étant amenés en mélange lors de l'utilisation dudit matériau, caractérisé en ce que le système monomère est choisi pour former, par polymérisation lors dudit mélange, un polymère biocompatible hydrophile et biodégradable, et en ce que la charge comprend au moins un élément choisi dans le groupe constitué par les polymères biocompatibles hydrophiles hydrosolubles et les polymères biocompatibles hydrophobes hydrolysables.
Description
Matériau biocompatible et biodégradable, tel qu'un ciment pour scellement de prothèse notamment orthopédique.
La présente invention a pour objet un matériau biocompatible et biodégradable, tel qu'un ciment pour scellement de prothèse notamment orthopédique, comprenant un système monomère, une charge et un amorceur de polymérisation, ce système, cette charge et cet amorceur étant amenés en mélange lors de l'utilisation dudit matériau.
On connait déjà des matériaux dans lesquels le système monomère est constitué par du méthacrylate de méthyle (ou MMA) conduisant, par polymérisation, à du poly(méthacrylate de méthyle) (ou PMMA), la charge est constituée par du PMMA éventuellement en association avec un copolymère MMA-styrène et l'amorceur de polymérisation est constitué par le couple peroxyde de benzoyle (ou POB)/N,N-diméthyl p-toluidine (ou DMPT). Au moment de l'utilisation de ce matériau, les différents constituants ci-dessus, c'est-à-dire le système monomère, la charge et l'amorceur sont mélangés et la pâte résultante est rapidement mise en oeuvre, par exemple comme ciment de scellement, en l'introduisant dans une cavité osseuse dans laquelle une prothèse est ultérieurement mise en place, et où ladite pâte va progressivement durcir pour former une masse non biodégradable.
Le matériau connu ainsi décrit présente plusieurs inconvénients.
Plus précisément, le produit obtenu après mélange des constituants de ce matériau et polymérisation du MMA, est fragile, a tendance à libérer le monomère n' ayant pas réagi et présente une mauvaise tenue au vieillissement dont la conséquence est le descellement de la prothèse. En outre, lors de la polymérisation, il se produit un dégagement de chaleur tel que la température de l'interface ciment/os peut atteindre des valeurs de 70" C, ce dont il résulte des nécroses osseuses.
La présente invention se propose de remédier à l'un et/ou à l'autre de ces inconvénients précités et vise un matériau ayant un temps de prise adapté aux techniques chirurgicales et une faible exothermicité lors de son durcissement, et qui, après durcissement, conduit à une masse possédant des propriétés mécaniques acceptables et présentant en outre l'avantage de consolider immédiatement la prothèse et de subir ensuite une dégradation progressive permettant une reconstruction osseuse autour de la prothèse, qui assurera une fixation efficace et durable de cette dernière.
Ainsi, la présente invention a plus précisément pour objet un matériau du type spécifié au premier paragraphe de cette description et qui se caractérise en ce que le système monomère est choisi pour former, par polymérisation lors dudit mélange, un polymère biocompatible hydrophile et biodégradable et en ce que la charge comprend au moins un élément choisi dans le groupe constitué par les polymères biocompatibles hydrophiles hydrosolubles et les polymères biocompatibles hydrophobes hydrolysables.
Selon une première variante de l'invention, le système monomère est choisi pour former un polymère hydrophile hydrosoluble et dans ce cas ledit système comprend avantageusement de l'acide acrylique (AA) et/ou de l'acide méthacrylique (MAA) et conduit, par polymérisation, au poly(acide acrylique) (PAA), au poly(acide méthacrylique) (PMAA) ou au copolymère (acide acrylique-acide méthacrylique).
Selon une deuxième variante de la présente invention , le système monomère est choisi pour former un polymère hydrophile réticulé qui comporte des réticulations hydrolysables et qui est hydrosoluble après hydrolyse desdites réticulations. A titre d'exemples d'un tel système monomère, on peut citer le mélange (AA + monomère réticulant hydrolysable), le mélange (MAA + monomère réticulant hydrolysable) et le mélange (MAA + AA + monomère réticulant hydrolysable).
Ledit monomère réticulant hydrolysable peut être constitué par le diacrylate ou diméthacrylate d'un dihydroxybenzène tel que le diacrylate d'hydroquinone (HYDA) ou le diméthacrylate d'hydroquinone.
Ce monomère réticulant peut également être constitué par le diacrylate ou diméthacrylate d'un dihydroxy polyester (de préférence d'un 0g -dihydroxy polyester), comme
- le poly(acide glycolique) ou PGA,
- le poly(acide lactique) ou PLA, - la poly( -caprolactone) ou PCL,
- la poly(valérolactone),
- la poly(l,4-dioxane-2,3-dione),
- la poly(l,3-dioxane-2-one),
- la poly(p-dioxanone),
- le poly(hydroxybutyrate),
- le poly(hydroxyvalérate), et
- les poly(oxalates).
- le poly(acide glycolique) ou PGA,
- le poly(acide lactique) ou PLA, - la poly( -caprolactone) ou PCL,
- la poly(valérolactone),
- la poly(l,4-dioxane-2,3-dione),
- la poly(l,3-dioxane-2-one),
- la poly(p-dioxanone),
- le poly(hydroxybutyrate),
- le poly(hydroxyvalérate), et
- les poly(oxalates).
L' i , g -diméthacrylate de poly( t -caprolactone) ou DMPCL présente un intérêt tout particulier.
Lorsque la masse durcie, résultant du mélange des constituants du matériau selon la deuxième variante, est soumise in situ à l'action d'hydrolyse du milieu biologique environnant, il y a hydrolyse des fonctions esters des réticulations et libération d'un polymère hydrophile hydrosoluble.
Par ailleurs, comme il a été indiqué précédemment, le matériau selon l'invention comprend une charge formée par au moins un élément choisi dans le groupe constitué par les polymères biocompatibles hydrophiles hydrosolubles et les polymères biocompatibles hydrophobes hydrolysables.
On notera que lesdits polymères biocompatibles hydrophiles hydrosolubles peuvent être choisis parmi le poly(acide acrylique) ou
PAA, le poly(acide méthacrylique) ou PMAA, le poly(acrylamide) ou PAm, le poly(méthacrylamide) ou PMAm, le poly(alcool vinylique) ou PVA, la poly(vinylpyrrolidone) ou PVP, le poly(oxyéthylène) ou POE et le POE comprenant au moins une fonction polymérisable.
PAA, le poly(acide méthacrylique) ou PMAA, le poly(acrylamide) ou PAm, le poly(méthacrylamide) ou PMAm, le poly(alcool vinylique) ou PVA, la poly(vinylpyrrolidone) ou PVP, le poly(oxyéthylène) ou POE et le POE comprenant au moins une fonction polymérisable.
Quant auxdits polymères biocompatibles hydrophobes hydrolysables, il peut s'agir de polyesters biocompatibles hydrophobes hydrolysables comprenant éventuellement au moins une fonction polymérisable.
On précisera que l'expression "POE comprenant au moins une fonction polymérisable" vise notamment le mono (ou di)acrylate de POE et le mono (ou di)méthacrylate de POE, dont la masse moléculaire peut varier de 200 à 10 000. On citera en particulier le monométhacrylate de poly(oxyéthylène) ou MMPOE de formule
On précisera également que l'expression "polyesters biocompatibles hydrophobes hydrolysables" vise les polyesters biocompatibles aliphatiques et aromatiques et notamment
- les polymères d'hydroxyacides, en particulier les polymères d'α;-hydroxyacides tels que le poly(acide glycolique) ou PGA, le poly(L-acide lactique) ou PLLA, le poly(D-acide lactique) ou PDLA et le poly(D,L-acide lactique) ou PDLLA,
- les copolymères d'au moins deux hydroxyacides, en particulier d'au moins deux des -hydroxyacides ci-dessus,
- les polymères de lactone, dioxanone ou dioxane-dione, tels que la poly ( -caprolactone) ou PCL, la poly(valérolactone), la poly(1 ,4-dioxane-2, 3-dione), la poly(l, 3-dioxane-2-one) , la poly(pdioxanone) et les copolymères d'au moins deux des lactones, dioxaneones et dioxane-diones ci-dessus,
- les copolymères d'au moins un hydroxyacide avec au moins une lactone, dioxanone ou dioxane-dione, et
- le poly(hydroxybutyrate), le poly(hydroxyvalérate) et les poly(oxalates).
- les polymères d'hydroxyacides, en particulier les polymères d'α;-hydroxyacides tels que le poly(acide glycolique) ou PGA, le poly(L-acide lactique) ou PLLA, le poly(D-acide lactique) ou PDLA et le poly(D,L-acide lactique) ou PDLLA,
- les copolymères d'au moins deux hydroxyacides, en particulier d'au moins deux des -hydroxyacides ci-dessus,
- les polymères de lactone, dioxanone ou dioxane-dione, tels que la poly ( -caprolactone) ou PCL, la poly(valérolactone), la poly(1 ,4-dioxane-2, 3-dione), la poly(l, 3-dioxane-2-one) , la poly(pdioxanone) et les copolymères d'au moins deux des lactones, dioxaneones et dioxane-diones ci-dessus,
- les copolymères d'au moins un hydroxyacide avec au moins une lactone, dioxanone ou dioxane-dione, et
- le poly(hydroxybutyrate), le poly(hydroxyvalérate) et les poly(oxalates).
Quant aux "polyesters biocompatibles hydrophobes hydrolysables comprenant au moins une fonction polymérisable", il s'agit des polyesters hydrophobes hydrolysables mentionnés ci-dessus comportant au moins une fonction polymérisable telle qu'une fonction acrylate ou méthacrylate. A titre d'exemple, on citera le mono (ou di) acrylate ou méthacrylate de polyesters α,#-dihydroxy hydrophobes hydrolysables, tel que l,dimèthacrylate de poly(#-caprolactone) ou DMPCL de formule
Comme on l'aura noté, les différents constituants qui viennent d'être décrits et entrant dans la composition de la charge, sont soit de nature hydrophile, soit de nature hydrophobe.
On comprendra, dans ces conditions, qu'il sera possible en mettant en oeuvre pour la charge uniquement des constituants hydrophiles, de réaliser des matériaux complètement hydrophiles présentant une capacité élevée d'absorption d'eau et, partant, à biodégradation relativement rapide facilitant la repousse osseuse autour de la prothèse ; les matériaux de ce type seront de préférence utilisés pour le scellement de prothèses autobloquantes.
D'autre part, il sera possible, en mettant en oeuvre pour la charge, un ou plusieurs constituants hydrophiles combinés éventuellement avec un ou plusieurs constituants hydrophobes, de réaliser des matériaux dont on peut moduler la balance hydrophile/hydrophobe en jouant sur les proportions relatives desdits constituants hydrophobes et desdits constituants hydrophiles et, partant, dont on peut moduler la vitesse de dégradation pour obtenir une élimination du site d'implantation par exemple entre 6 mois et 2 ans ; les matériaux de ce type seront avantageusement utilisés pour le scellement de prothèses non-autobloquantes.
Dans le matériau selon l'invention, le système monomère représente généralement au plus 35 % en poids (de préférence 20 à 35 % en poids) et la charge représente au moins 65 % en poids (de préférence 65 à 80 % en poids).
La nature et les proportions relatives des constituants du système monomère et de la charge seront notamment choisies pour obtenir, après mélange, des produits les plus homogènes possibles et présentant une consistance permettant une manipulation aisée. Elles seront également choisies, comme indiqué précédemment, en fonction de la balance hydrophile/hydrophobe souhaitée.
A titre de matériaux selon la première variante, on citera pour exemples les matériaux comprenant, en poids , 20 à 35 % de MAA et/ou AA et
- 80 à 65 % de polymère(s) hydrophile(s) hydrosoluble(s), ou
- 20 à 40 % de polymère(s) hydrophobe(s) hydrolysable(s), le complément à 100 % étant constitué par un ou plusieurs polymères hydrophiles hydrosolubles.
- 80 à 65 % de polymère(s) hydrophile(s) hydrosoluble(s), ou
- 20 à 40 % de polymère(s) hydrophobe(s) hydrolysable(s), le complément à 100 % étant constitué par un ou plusieurs polymères hydrophiles hydrosolubles.
A titre de matériaux selon la deuxième variante, on citera pour exemples les matériaux comprenant, en poids
- 20 à 35 % de MAA et/ou AA, au plus 20 % de monomère réticulant, le complément à 100 % étant constitué par un ou plusieurs polymères hydrophiles hydrosolubles, ou
- 5 à 20 % de MAA et/ou AA, 40 à 65 % de monomère réticulant, le complément à 100 % étant constitué par polymère(s) hydrophobe(s) hydrolysable(s).
- 20 à 35 % de MAA et/ou AA, au plus 20 % de monomère réticulant, le complément à 100 % étant constitué par un ou plusieurs polymères hydrophiles hydrosolubles, ou
- 5 à 20 % de MAA et/ou AA, 40 à 65 % de monomère réticulant, le complément à 100 % étant constitué par polymère(s) hydrophobe(s) hydrolysable(s).
L'amorceur de polymérisation à mettre en oeuvre selon l'invention pourra notamment être constitué par un système rédox organosoluble, l'un des éléments de ce système pouvant être incorporé dans le système monomère et l'autre dans la charge.
Un système rédox particulièrement préféré est le système peroxyde de benzoyle POB/N,N-diméthyl para-toluidine (DMPT), le POB pouvant être incorporé dans la charge et la DMPT dans le système monomère.
Le rapport molaire POB/DMPT est avantageusement choisi dans l'intervalle de 1 à 1,35 et les quantités de POB et de DMPT à mettre en oeuvre seront choisies pour obtenir un temps de prise du matériau, après mélange, convenable de préférence de l'ordre de 10 à 20 minutes.
Habituellement, pour un rapport molaire POB/DMPT de 1 à 1,35, le poids de POB à mettre en oeuvre sera de 0,05 à 2 % du poids total système monomère + charge.
Les divers monomères, polymères ou agents réticulants à mettre en oeuvre selon l'invention sont connus ou peuvent être synthétisés suivant des techniques et procédés connus ou suivant les exemples de synthèse ci-après
I - Synthèse du monométhacrylate de poly(oxyéthylène) (MMPOE)
Dans un ballon de 100 cm3, muni d'une garde à chlorure de calcium et d'un agitateur magnétique, 50 g (25 mmoles) de monométhylèther de poly(oxyéthylène) de masse molaire 2000 sont dissous dans 250 cm3 de chlorure de méthylène séché.
I - Synthèse du monométhacrylate de poly(oxyéthylène) (MMPOE)
Dans un ballon de 100 cm3, muni d'une garde à chlorure de calcium et d'un agitateur magnétique, 50 g (25 mmoles) de monométhylèther de poly(oxyéthylène) de masse molaire 2000 sont dissous dans 250 cm3 de chlorure de méthylène séché.
32Ps1 de dibutyldilaurate d'étain et 4,8 g (30 mmoles) de 2-isocyanatoéthylméthacrylate distillé sont additionnés au mélange. La solution est agitée 3 heures à température ambiante.
Après évaporation du solvant, le produit est lavé 3 fois avec du pentane, puis séché sous vide.
Rendement : 97 %
Les spectres IR et RMN1H 200 MHz sont conformes au produit attendu.
Les spectres IR et RMN1H 200 MHz sont conformes au produit attendu.
II - Synthèse du diméthacrylate de poly( t-caprolactone) (DMPCL)
Dans un ballon de 500 cm3, muni d'une garde à chlorure de calcium et d'un agitateur magnétique, 30 g (36 mmoles) de poly( -caprolactone)diol fractionnée dans l'éthanol et de masse molaire 830 g.mol-1 sont dissous dans 260 cm3 de chlorure de méthylène préalablement distillé et séché sur sodium.
Dans un ballon de 500 cm3, muni d'une garde à chlorure de calcium et d'un agitateur magnétique, 30 g (36 mmoles) de poly( -caprolactone)diol fractionnée dans l'éthanol et de masse molaire 830 g.mol-1 sont dissous dans 260 cm3 de chlorure de méthylène préalablement distillé et séché sur sodium.
60"c.1 de dibutyldilaurate d'étain et 11 cm3 (78 mmoles) de 2-isocyanatoéthylméthacrylate sont additionnés au mélange. La solution est agitée à température ambiante pendant 3 heures.
40 cm3 d'une solution contenant 100 ppm d'hydroquinone dans l'acétone sont ajoutés au mélange.
Après évaporation du solvant, le produit est lavé 5 fois dans le pentane, puis est séché sous vide.
Rendement = 95 /o
Les spectres IR et RMN1H (200 MHz) correspondent au produit attendu. Le dosage des fonctions méthacrylates fixées sur la chaîne poly( -caprolactone) par rapport aux CH2COO montre que la réaction est quantitative.
Les spectres IR et RMN1H (200 MHz) correspondent au produit attendu. Le dosage des fonctions méthacrylates fixées sur la chaîne poly( -caprolactone) par rapport aux CH2COO montre que la réaction est quantitative.
III - Synthèse du poly(acide méthacrylique) (PMAA)
Dans un tricol muni d'un réfrigérant, d'un thermomètre et d'un agitateur magnétique, 2,86 g (10,5 mmoles) de peroxodisulfate de potassium et 2,35 g (10,5 mmoles) de disulfite de potassium sont dissous dans 1500 cm3 d'eau permutée dégazée sous pression réduite et placée sous bulle à bulle d'azote, à 60' C. 90 cm3 (1,05 mole) d'acide méthacrylique distillé sont ajoutés goutte à goutte au mélange. La solution est agitée pendant 24 heures. Après évaporation du solvant, le solide est dissous dans 200 cm3 d'éthanol et précipité dans 2000 cm3 d'acétone. Le produit est séché à 40 C sous pression réduite.
Dans un tricol muni d'un réfrigérant, d'un thermomètre et d'un agitateur magnétique, 2,86 g (10,5 mmoles) de peroxodisulfate de potassium et 2,35 g (10,5 mmoles) de disulfite de potassium sont dissous dans 1500 cm3 d'eau permutée dégazée sous pression réduite et placée sous bulle à bulle d'azote, à 60' C. 90 cm3 (1,05 mole) d'acide méthacrylique distillé sont ajoutés goutte à goutte au mélange. La solution est agitée pendant 24 heures. Après évaporation du solvant, le solide est dissous dans 200 cm3 d'éthanol et précipité dans 2000 cm3 d'acétone. Le produit est séché à 40 C sous pression réduite.
Rendement = 90 %
Tf = 244 C
Le produit est caractérisé par
- RMN1H (250 MHz)
- SEC
- viscosimétrie
Le spectre RMN1H (250 MHz) correspond au produit attendu et montre également l'absence de monomère résiduel.
Tf = 244 C
Le produit est caractérisé par
- RMN1H (250 MHz)
- SEC
- viscosimétrie
Le spectre RMN1H (250 MHz) correspond au produit attendu et montre également l'absence de monomère résiduel.
Les masses molaires peuvent être atteintes par des mesures SEC dans l'eau ou viscosimétriques.
Par SEC, il est obtenu une masse au sommet de pic égale à 106000 [en équivalent poly(styrène sulfonate).
IV - Synthèse du poly(méthacrylamide) (PMAn)
Dans un tricol muni d'un réfrigérant, d'un thermomètre et d'un agitateur magnétique, 2,76 g (10,2 mmoles) de peroxodisulfate de potassium et 2,27 g (10,2 mmoles) de disulfite de potassium sont dissous dans 900 cm3 d'eau permutée dégazée sous pression réduite et placée sous bulle à bulle d'azote, à 60 C. 87 g (1,02 mole) de méthacrylamide recristallisé dans le méthanol sont introduits à la solution qui est agitée pendant 24 heures. Après évaporation partielle du solvant jusqu'à obtenir une solution concentrée d'environ 200 cm3, le polymère est précipité dans 2000 cm3 d'éthanol, filtré et séché sous pression réduite à 40 C, pendant plusieurs jours.
Dans un tricol muni d'un réfrigérant, d'un thermomètre et d'un agitateur magnétique, 2,76 g (10,2 mmoles) de peroxodisulfate de potassium et 2,27 g (10,2 mmoles) de disulfite de potassium sont dissous dans 900 cm3 d'eau permutée dégazée sous pression réduite et placée sous bulle à bulle d'azote, à 60 C. 87 g (1,02 mole) de méthacrylamide recristallisé dans le méthanol sont introduits à la solution qui est agitée pendant 24 heures. Après évaporation partielle du solvant jusqu'à obtenir une solution concentrée d'environ 200 cm3, le polymère est précipité dans 2000 cm3 d'éthanol, filtré et séché sous pression réduite à 40 C, pendant plusieurs jours.
Rendement : 87 %
Tf = 287 C
Le produit est caractérisé par
RMN1H (250 MHz)
SEC
viscosimétrie
La RMN montre l'absence de monomère résiduel. Par SEC en milieu aqueux, on obtient une masse au sommet du pic égale à 4200 [en équivalent poly(styrène sulfonate)].
Tf = 287 C
Le produit est caractérisé par
RMN1H (250 MHz)
SEC
viscosimétrie
La RMN montre l'absence de monomère résiduel. Par SEC en milieu aqueux, on obtient une masse au sommet du pic égale à 4200 [en équivalent poly(styrène sulfonate)].
V - Synthèse du poly(L-acide lactique) (PLLA)
200 cm3 (2,7 moles) de L-acide lactique sont introduits dans un tricol de 1000 cm3, muni d'un système de distillation sous pression réduite, d'un thermomètre et d'une arrivée d'azote. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le cycle de température-pression suivant : la température est augmentée progressivement à 140 C en 13 heures puis est alors maintenue à ce palier. Parallèlement, la pression est d'abord fixée à 100 torrs pendant 8 heures et est régulièrement abaissée à 25 torrs en 9 heures. La réaction se poursuite ensuite à 140 C sous 25 torrs pendant 8 heures, soit un total de 25 heures de réaction.
200 cm3 (2,7 moles) de L-acide lactique sont introduits dans un tricol de 1000 cm3, muni d'un système de distillation sous pression réduite, d'un thermomètre et d'une arrivée d'azote. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le cycle de température-pression suivant : la température est augmentée progressivement à 140 C en 13 heures puis est alors maintenue à ce palier. Parallèlement, la pression est d'abord fixée à 100 torrs pendant 8 heures et est régulièrement abaissée à 25 torrs en 9 heures. La réaction se poursuite ensuite à 140 C sous 25 torrs pendant 8 heures, soit un total de 25 heures de réaction.
Après refroidissement du produit, ce dernier (140 g) est fractionné plusieurs fois par dissolution dans l'acétone et précipitation dans l'eau, puis séché sous pression réduite.
On obtient finalement 75 g de PLLA.
Le produit est caractérisé par
- SEC dans le tétrahydrofuranne Mn = 800 g.mole-l, soit un
DPn = 11,
- ATD : Tf = 103 C
- RMN1H (200 MHz)
VI - Synthèse du poly(acide glycolique) (PGA)
250 g (3,3 moles) d'acide glycolique sont introduits dans un tricol de 1000 cm3, muni d'un système de distillation sous pression réduite, d'un agitateur mécanique, d'une arrivée d'azote et d'un thermomètre. Simultanément, la pression est réduite de 50 millibars toutes les 15 minutes et la température est augmentée pour atteindre 180 C au bout de 5 heures. La réaction se poursuit ensuite pendant 1 heure 30 à 185 C sous une pression réduite inférieure à 10 millibars.
- SEC dans le tétrahydrofuranne Mn = 800 g.mole-l, soit un
DPn = 11,
- ATD : Tf = 103 C
- RMN1H (200 MHz)
VI - Synthèse du poly(acide glycolique) (PGA)
250 g (3,3 moles) d'acide glycolique sont introduits dans un tricol de 1000 cm3, muni d'un système de distillation sous pression réduite, d'un agitateur mécanique, d'une arrivée d'azote et d'un thermomètre. Simultanément, la pression est réduite de 50 millibars toutes les 15 minutes et la température est augmentée pour atteindre 180 C au bout de 5 heures. La réaction se poursuit ensuite pendant 1 heure 30 à 185 C sous une pression réduite inférieure à 10 millibars.
Après avoir laissé le produit revenir à température ambiante, le solide beige clair est lavé dans du méthanol, solvant de l'acide glycolique.
Après filtration et séchage, il est obtenu 174 g de PGA.
Le produit est caractérisé par
ATD : Tf = 207 C
Tv = 61 C
VII - Synthèse du diacrylate d'hydroquinone (HYDA)
Dans un ballon de 250 cm3, muni d'une garde à chlorure de calcium et d'un agitateur magnétique, 10 g (90 mmoles) d'hydroquinone sont dissous dans 160 cm3 de tétrahydrofuranne séché. 29 cm3 (0,21 mmoles) de triéthylamine sont ajoutés à la solution refroidie à - 5" C.
ATD : Tf = 207 C
Tv = 61 C
VII - Synthèse du diacrylate d'hydroquinone (HYDA)
Dans un ballon de 250 cm3, muni d'une garde à chlorure de calcium et d'un agitateur magnétique, 10 g (90 mmoles) d'hydroquinone sont dissous dans 160 cm3 de tétrahydrofuranne séché. 29 cm3 (0,21 mmoles) de triéthylamine sont ajoutés à la solution refroidie à - 5" C.
Une solution de 19 cm3 (0,23 mmoles) de chlorure d'acryloyle dans 20 cm3 de tétrahydrofuranne est ajoutée goutte à goutte au mélange sous agitation, pendant 30 minutes. L'ensemble est agité pendant 2 heures à température ambiante. Après filtration du chlorhydrate et évaporation du solvant, le produit est recristallisé 3 fois dans un mélange hexane/méthanol (25/75). La pureté du produit est suivie par CCM (éluant cyclohexane/acétate d'éthyle : 65/35).
Tf = 88 C
Rendement : 31 %
Les spectres IR et RMN1H (200 MHz) sont conformes au produit attendu.
Rendement : 31 %
Les spectres IR et RMN1H (200 MHz) sont conformes au produit attendu.
On précisera ici que les composants solides mis en oeuvre dans le matériau selon l'invention seront généralement utilisés sous forme de poudre et qu'au moment de l'utilisation dudit matériau, le système monomère, généralement liquide, sera mélangé à la charge, généralement solide ou pâteuse, pour obtenir une pâte dont la consistance permet une manipulation aisée.
On donnera également ci-après, à des fins d'illustration, un certain nombre d'exemples de matériaux selon l'invention pour lesquels on donne la composition (en % en poids), la température maximale de polymérisation (T max en "C), le temps de prise (tp en minutes) et certaines propriétés mécaniques en compression comme le module d'Young (E en MPa), la limite d'élasticité (rny en MPA) ou la contrainte à la rupture ( < R en MPa).
Détermination de Tmax et de tp
Les constituants de 5 g du matériau à tester sont mélangés pendant 1 mn puis le mélange résultant est introduit dans un tube en verre de faible épaisseur maintenu par un bouchon à vis à l'intérieur d'un autre tube en verre relié à une source de vide et servant d'enceinte adiabatique. Un troisième tube très mince, contenant une sonde de température, est plongé au centre dudit mélange encore pâteux.
Les constituants de 5 g du matériau à tester sont mélangés pendant 1 mn puis le mélange résultant est introduit dans un tube en verre de faible épaisseur maintenu par un bouchon à vis à l'intérieur d'un autre tube en verre relié à une source de vide et servant d'enceinte adiabatique. Un troisième tube très mince, contenant une sonde de température, est plongé au centre dudit mélange encore pâteux.
La sonde est reliée à un enregistreur qui permet de suivre l'évolution thermique, lors de la polymérisation. A partir du thermogramme obtenu (température en fonction du temps), on peut définir Tmax et tp [temps de prise conventionnellement défini pour une température égale à (Tambiante + Tmax) /2].
A titre de matériau de référence, on utilisera un matériau commercial comprenant 33 % en poids de MMA et 77 % en poids de PMMA, % POB = 1,8 ; POB/DMPT = 1,35. Pour ce matériau, Tmax = 92 C et tp rJll'.
Détermination de E, < ry etgi~R
Il a été fait utilisation d'une machine universelle d'essais en traction DY25 (Adamel Lhomargy), équipée d'un capteur de 2000 daN avec une vitesse de traverse de 10 mm/mn. Les éprouvettes de compression ont été réalisées suivant la norme NF 530-430, établie pour les ciments chirurgicaux. Ce sont des cylindres de 6 mm de diamètre et 12 mm de hauteur.
Il a été fait utilisation d'une machine universelle d'essais en traction DY25 (Adamel Lhomargy), équipée d'un capteur de 2000 daN avec une vitesse de traverse de 10 mm/mn. Les éprouvettes de compression ont été réalisées suivant la norme NF 530-430, établie pour les ciments chirurgicaux. Ce sont des cylindres de 6 mm de diamètre et 12 mm de hauteur.
A titre de matériau de référence, on utilisera le matériau commercial susmentionné pour lequel E = 1700 MPa et y = 102 MPa.
Exemple 1 a) Système monomère : MAA (24 %)
Charge : POE 10000 (38 %)
PMAA (38 % )
Amorceur : % POB = 0,22 ; POB/DMPT = 1,35 b) Tmax = 63 C ; tp = 14' ; E = 1080 MPa ;#R = 50 MPa
Exemple 2 a) Système monomère : MAA (30 %)
Charge : PMAm (50 %)
POE 10000 (20 %)
Amorceur : % POB = 0,3 ; POB/DMPT = 1,3 b) Tmax = 88 C ; tp = 8'30 ; E = 2710 MPa ;#R = 75 MPa
Exemple 3 a) Système monomère : MAA (24 %)
Charge : PMAm (38 % )
POE 10000 (38 % )
Amorceur : d Exemple 2 b) Tmax = 67 C ; tp = 7'20 ; E = 1430 MPa ;#R R = 48 MPa
Exemple 4 a) Système monomère : MAA (24 %)
HYDA (20 % )
Charge : PMAm (38 % )
POE 10000 (18 %)
Amorceur : % POB = 0,15 ; POB/DMPT = 1,35 b) Tmax : 98 C ; tp = 18' ; E = 2715 MPa ; = 95 MPa
Exemple 5 a) Système monomère : MAA (25 %)
Charge : PMAA (25 %)
POE 10000 (30 %)
PLA (20 %)
Amorceur : % POB = 0,3 ; POB/DMPT = 1,35 b) Tmax = 66 C ; tp = 11'50 ; E = 890 MPa ; aR = 28 MPa
Exemple 6 a) Système monomère : MAA (25 %)
Charge : PMAm (25 %)
POE 10000 (30 %)
PLA (20 %)
Amorceur : d" Exemple 5 b) Tmax = 61 C ; tp = 11'20 ; E = 1200 MPa ; R = 40 MPa
Exemple 7 a) Système monomère :MAA (25 %)
Charge : PMAm (25 %)
POE 10000 (30 %)
PGA (20 7.)
Amorceur : d Exemple 5 b) Tmax = 72 C ; tp = 6' ; E = 2320 MPa ; #R= 71 MPa
Exemple 8 a) Système monomère : MAA (25 %)
Charge : POE 10000 (30 %)
PGA (30 %)
PMAA (15 %)
Amorceur : d Exemple 5 b) Tmax = 72 C ; tp = 7'10 ; E = 1655 MPa ; {R R = 62 MPa
Exemple 9 a) Système monomère : MAA (25 %)
Charge : POE 10000 (20 %)
PMAm (25 %)
PGA (30 %)
Amorceur : d Exemple 5 b) Tmax = 72 C ; tp = 6' ; E = 2250 MPa ; #R = 80 MPa
Exemple 10 a) Système monomère :MAA (25 %)
Charge : MMPOE 2000 (15 %)
PMAm (30 %)
PGA (30 %)
Amorceur : d Exemple 5 b) Tmax = 69 C ; tp = 17' ; E = 2100 MPa --R = 81 MPa
Exemple 11 a) Système monomère : MAA (25 %)
HYDA (10 %)
Charge : PMAm (25 %)
POE 10000 (20 ?.)
PGA (20 %)
Amorceur : d" Exemple 5 b) Tmax = 90 C ; tp = 14' ; E = 1880 MPa ;TR = 80 MPa
Comme le montrent ces exemples, les matériaux qui en font l'objet font preuve d'une baisse notable de la température de polymérisation par rapport au matériau témoin, tout en conservant des propriétés mécaniques initiales avoisinant celles ou supérieures à celles du matériau témoin.
Charge : POE 10000 (38 %)
PMAA (38 % )
Amorceur : % POB = 0,22 ; POB/DMPT = 1,35 b) Tmax = 63 C ; tp = 14' ; E = 1080 MPa ;#R = 50 MPa
Exemple 2 a) Système monomère : MAA (30 %)
Charge : PMAm (50 %)
POE 10000 (20 %)
Amorceur : % POB = 0,3 ; POB/DMPT = 1,3 b) Tmax = 88 C ; tp = 8'30 ; E = 2710 MPa ;#R = 75 MPa
Exemple 3 a) Système monomère : MAA (24 %)
Charge : PMAm (38 % )
POE 10000 (38 % )
Amorceur : d Exemple 2 b) Tmax = 67 C ; tp = 7'20 ; E = 1430 MPa ;#R R = 48 MPa
Exemple 4 a) Système monomère : MAA (24 %)
HYDA (20 % )
Charge : PMAm (38 % )
POE 10000 (18 %)
Amorceur : % POB = 0,15 ; POB/DMPT = 1,35 b) Tmax : 98 C ; tp = 18' ; E = 2715 MPa ; = 95 MPa
Exemple 5 a) Système monomère : MAA (25 %)
Charge : PMAA (25 %)
POE 10000 (30 %)
PLA (20 %)
Amorceur : % POB = 0,3 ; POB/DMPT = 1,35 b) Tmax = 66 C ; tp = 11'50 ; E = 890 MPa ; aR = 28 MPa
Exemple 6 a) Système monomère : MAA (25 %)
Charge : PMAm (25 %)
POE 10000 (30 %)
PLA (20 %)
Amorceur : d" Exemple 5 b) Tmax = 61 C ; tp = 11'20 ; E = 1200 MPa ; R = 40 MPa
Exemple 7 a) Système monomère :MAA (25 %)
Charge : PMAm (25 %)
POE 10000 (30 %)
PGA (20 7.)
Amorceur : d Exemple 5 b) Tmax = 72 C ; tp = 6' ; E = 2320 MPa ; #R= 71 MPa
Exemple 8 a) Système monomère : MAA (25 %)
Charge : POE 10000 (30 %)
PGA (30 %)
PMAA (15 %)
Amorceur : d Exemple 5 b) Tmax = 72 C ; tp = 7'10 ; E = 1655 MPa ; {R R = 62 MPa
Exemple 9 a) Système monomère : MAA (25 %)
Charge : POE 10000 (20 %)
PMAm (25 %)
PGA (30 %)
Amorceur : d Exemple 5 b) Tmax = 72 C ; tp = 6' ; E = 2250 MPa ; #R = 80 MPa
Exemple 10 a) Système monomère :MAA (25 %)
Charge : MMPOE 2000 (15 %)
PMAm (30 %)
PGA (30 %)
Amorceur : d Exemple 5 b) Tmax = 69 C ; tp = 17' ; E = 2100 MPa --R = 81 MPa
Exemple 11 a) Système monomère : MAA (25 %)
HYDA (10 %)
Charge : PMAm (25 %)
POE 10000 (20 ?.)
PGA (20 %)
Amorceur : d" Exemple 5 b) Tmax = 90 C ; tp = 14' ; E = 1880 MPa ;TR = 80 MPa
Comme le montrent ces exemples, les matériaux qui en font l'objet font preuve d'une baisse notable de la température de polymérisation par rapport au matériau témoin, tout en conservant des propriétés mécaniques initiales avoisinant celles ou supérieures à celles du matériau témoin.
Le matériau selon l'invention peut, si on le souhaite, également contenir d'autres substances, telles que des agents radioopacifiant ou des principes actifs tels que des agents antibiotiques ou des agents anticancéreux par exemple ; il peut être utilisé pour le scellement de prothèses notamment orthopédiques ou dans tous autres domaines médicaux nécessitant la mise en oeuvre d'un matériau biocompatible et biodégradable, par exemple comme matériau de comblement de cavités osseuses ou de collage de tissus en particulier de tissus osseux.
Claims (16)
1. Matériau biocompatible et biodégradable, tel qu'un ciment pour scellement de prothèse notamment orthopédique, comprenant un système monomère, une charge et un amorceur de polymérisation, ce système, cette charge et cet amorceur étant amenés en mélange lors de l'utilisation dudit matériau, caractérisé en ce que le système monomère est choisi pour former, par polymérisation lors dudit mélange, un polymère biocompatible hydrophile et biodégradable, et en ce que la charge comprend au moins un élément choisi dans le groupe constitué par les polymères biocompatibles hydrophiles hydrosolubles et les polymères biocompatibles hydrophobes hydrolysables.
2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système monomère est choisi pour former un polymère hydrophile hydrosoluble.
3. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système monomère comprend AA et/ou MAA.
4. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système monomère est choisi pour former un polymère hydrophile réticulé qui comporte des réticulations hydrosolysables et qui est hydrosoluble après hydrolyse desdites réticulations.
5. Matériau selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système monomère est constitué par le mélange (AA + monomère réticulant hydrolysable), le mélange (MAA + monomère réticulant hydrolysable) ou le mélange (MAA + AA + monomère réticulant hydrolysable).
6. Matériau selon la revendication 5, caractérisé en ce que le monomère réticulant hydrolysable est constitué par le diacrylate ou le diméthacrylate d'un dihydroxybenzène.
7. Matériau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le monomère réticulant hydrolysable est constitué par 1'HYDA.
8. Matériau selon la revendication 5, caractérisé en ce que le monomère réticulant hydrolysable est constitué par le diacrylate ou le diméthacrylate d'un dihydroxy polyester.
9. Matériau selon la revendication 8, caractérisé en ce que le monomère réticulant hydrolysable est constitué par le DMPCL.
10. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les polymères biocompatibles hydrophiles hydrosolubles de la charge sont choisis dans le groupe comprenant le PAA, le PMAA, le PAm, le PMAm, le PVA, la PVP, le POE et le POE comprenant au moins une fonction polymérisable.
11. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les polymères biocompatibles hydrophobes hydrolysables de la charge sont constitués par des polyesters biocompatibles hydrophobes hydrolysables ou par des polyesters biocompatibles hydrophobes hydrolysables comprenant au moins une fonction polymérisable.
12. Matériau selon la revendication 11, caractérisé en ce que les polyesters hydrophobes hydrolysables sont choisis dans le groupe comprenant PGA, PLLA, PDLA, PDLLA et PCL.
13. Matériau selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que la fonction biocompatible polymérisable est la fonction acrylate ou méthacrylate.
14. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système monomère représente au plus 35 7. en poids et la charge représente au moins 65 % en poids.
15. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amorceur de polymérisation est un système rédox organosoluble.
16. Matériau selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit système rédox est le système peroxyde de benzoyle/N,N-diméthyl p-toluidine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9015428A FR2670115B1 (fr) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | Materiau biocompatible et biodegradable, tel qu'un ciment pour scellement de prothese notamment orthopedique. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9015428A FR2670115B1 (fr) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | Materiau biocompatible et biodegradable, tel qu'un ciment pour scellement de prothese notamment orthopedique. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2670115A1 true FR2670115A1 (fr) | 1992-06-12 |
| FR2670115B1 FR2670115B1 (fr) | 1993-01-22 |
Family
ID=9403061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9015428A Expired - Fee Related FR2670115B1 (fr) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | Materiau biocompatible et biodegradable, tel qu'un ciment pour scellement de prothese notamment orthopedique. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2670115B1 (fr) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4141864A (en) * | 1974-03-15 | 1979-02-27 | University Of Virginia Alumni Patents Foundation | Osseous cement composition |
| GB2156824A (en) * | 1984-03-24 | 1985-10-16 | Meishintoryo Co Ltd | Surgical cements |
-
1990
- 1990-12-10 FR FR9015428A patent/FR2670115B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4141864A (en) * | 1974-03-15 | 1979-02-27 | University Of Virginia Alumni Patents Foundation | Osseous cement composition |
| GB2156824A (en) * | 1984-03-24 | 1985-10-16 | Meishintoryo Co Ltd | Surgical cements |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2670115B1 (fr) | 1993-01-22 |
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