FR2928830A1 - Implant en carbone pyrolytique depourvu au moins partiellement de substrat - Google Patents

Implant en carbone pyrolytique depourvu au moins partiellement de substrat Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un implant articulaire caractérisé en ce qu'il est constitué de carbone pyrolytique (1) dépourvu au moins partiellement de substrat, et qu'il présente une épaisseur inférieure à 2 mm et dans un mode de réalisation comprise entre 0,5 et 1,5 mm.Dans un mode de réalisation il concerne un implant comportant en outre une couche (8) constituée de matériau polymère ou élastomère absorbeur de chocs.

Description

La présente invention a trait au domaine de l'arthroplastie et plus particulièrement aux techniques réparatrices des extrémités articulaires.
La chirurgie réparatrice est en plein essor en raison de l'allongement de la durée de la vie mais également parce que de nombreux matériaux et des techniques chirurgicales éprouvées permettent d'améliorer les tableaux cliniques rapidement après l'intervention et nécessitent de moins en moins des immobilisations longues des patients.
Cependant malgré la mise au point de nombreux matériaux les prothèses articulaires ne donnent à ce jour pas complètement satisfaction. Les prothèses métalliques par exemple ont de nombreux inconvénients notamment en raison des contraintes mécaniques qu'elles induisent sur les surfaces cartilagineuses des surface articulaires en contact avec lesdites prothèses métalliques, ces contraintes mécaniques pouvant entrainer des gênes et des douleurs allant jusqu'à l'immobilisation et une dégradation rapide du tableau clinique.
En effet en dépit des avancées dans le domaine des matériaux et des innovations dans la réparation tissulaire, il n'existe pas de traitement complètement satisfaisant ni de matériau qui soit susceptible de mimer de façon véritablement satisfaisante les extraordinaires propriétés du cartilage articulaire.
Le carbone pyrolytique a des propriétés mécaniques extrêmement intéressantes pour son utilisation comme implant orthopédique. Son module élastique est voisin de celui de l'os cortical. Son utilisation comme implant articulaire dans la main et comme revêtement de valves cardiaques a permis d'établir qu'il est parfaitement biocompatible, qu'il ne provoque pas de réaction inflammatoire, qu'il permet une bonne fixation biologique et ne provoque pas de complication De plus la croissance cellulaire sur le carbone pyrolytique est considérée comme acceptable. Son module élastique compris entre 20 et 25 GPa pour une densité comprise entre 1,7 et 2,0 g.cm3 (pour l'os les valeurs respectives sont de 15 à 20 GPa et 2,0 g.cm3) élimine les contraintes mécaniques et les nécroses observées avec les prothèses métalliques. Le carbone pyrolytique est obtenu par la décomposition thermique d'hydrocarbure gazeux à haute température par un procédé dit de Dépôt Chimique en phase Vapeur (CVD). Si théoriquement cette technique permet de déposer presque tous les éléments métalliques ou non métalliques sur de nombreux supports, le graphite possède les propriétés les plus intéressantes pour le dépôt de carbone pyrolytique, et plus particulièrement son coefficient d'expansion thermique.
Pour produire des implants recouverts de carbone pyrolytique, un substrat en graphite est introduit dans une chambre qui est chauffée entre 1200°C et 1500°C, puis un gaz hydrocarbure comme le propane est introduit et la température extrême détruit les liaisons carbone hydrogène et permet le dépôt des atomes de carbone sur le substrat en graphite. Des couches de 300 à 600 microns sont ainsi déposées sur des substrats. Les propriétés physiques et mécaniques du matériau obtenu sont entre celles du graphite et celles du diamant.
Le carbone pyrolytique est utilisé en orthopédie et notamment dans la chirurgie de la main par exemple pour la fabrication d'implants comme les implants d'interposition, les implants scaphoidiens ou les implants carpométacarpiens. Ces implants n'ont pas de fixation mécanique ou chimique sur l'os, ils sont stabilisés par leur positionnement et pour ceux qui possèdent une racine ou tige d'insertion dans l'os long après insertion, la croissance osseuse autour de l'implant le stabilise mécaniquement dans un intervalle de 6 à 24 mois.
On connaît également de US2007/0225822 des implants orthopédiques métalliques comportant une surface recouverte de carbone pyrolytique. Outre le fait que les métaux ne sont pas des substrats de choix pour le dépôt par CVD de carbone pyrolytique, l'application de carbone pyrolytique sur du métal entraine que le module élastique résultant, ou global, de la surface de la prothèse sera augmenté en raison de la présence du métal moins élastique que le carbone pyrolytique. Ainsi un composite carbone pyrolytique métal ne permet pas de conserver toutes les propriétés extrêmement intéressantes du carbone pyrolytique.
La présente invention permet de résoudre les différents problèmes techniques ci-dessus exposés.
L'invention concerne un implant articulaire caractérisé en ce qu'il est constitué d'une feuille de carbone pyrolytique dépourvu au moins partiellement de graphite.
Dans un mode de réalisation, l'implant articulaire est constitué d'une feuille de carbone pyrolytique dépourvu totalement de graphite.
Après dépôt du carbone pyrolytique l'implant obtenu est usiné et creusé de façon à éliminer au moins partiellement la couche inférieure de carbone pyrolytique et le graphite, de façon à obtenir un implant composé de carbone pyrolytique sur une fine épaisseur de graphite ou uniquement d'une feuille de carbone pyrolytique. Dans ce mode de réalisation l'implant présente une épaisseur inférieure à 2 mm et dans un mode de réalisation comprise entre 0,5 et 1,5 mm.
Un autre problème connu et répertorié est la résistance aux chocs ou l'absorption correcte des contraintes mécaniques ou vibratoires, par exemple, ceux dus à la marche lorsque l'implant est positionné dans une articulation des membres inférieurs par exemple une articulation de hanche ou de genou par exemple sur les condyles fémoraux. Lorsque l'implant est positionné dans une articulation des membres supérieurs, les chocs peuvent être dus à la préhension d'objets lourds ou par exemple aux vibrations provoquées par des moyens de transport.
On connaît de US5201881 des joints articulaires prothétiques métalliques du genou comportant des moyens d'absorption des chocs. Outre le fait que les joints prothétiques décrits soient des joints métalliques les solutions proposées entraînent une translation des pièces polymériques par rapport aux pièces métalliques qui ne sont pas nécessairement admissibles avec des pièces en carbone pyrolytique et notamment des pièces en carbone pyrolytique sans substrat en graphite.
Dans un mode de réalisation la présente invention permet de résoudre les problèmes induits par les contraintes mécaniques ou vibratoires sur les articulations.
L'invention concerne un implant articulaire caractérisé en ce qu'il est constitué d'une feuille de carbone pyrolytique dépourvu de graphite et qu'il comprend en outre une couche d'absorption de chocs constituée de matériau polymère ou élastomère absorbeur de chocs. Par matériau polymère ou élastomère absorbeur de chocs on entend un matériau élastomère choisi parmi les caoutchoucs de silicone, les polyuréthanes, les copolymères polyester uréthane, les copolymères de polyéther polyester.
Ladite couche constituée de matériau polymère ou élastomère est une couche permettant l'absorption des chocs c'est à dire une couche comportant un matériau qui permet de répartir la charge et ou la pression sur le tissu osseux qui est soumis à différentes contraintes plus ou moins complexes qui sont à la fois statiques et dynamiques et résultent des mouvements de flexion, traction, rotation et compression.
Dans un mode de réalisation ladite couche de matériau polymère ou élastomère présente une épaisseur comprise entre 0,2 et 3 mm. . Dans un mode de réalisation la fixation de la feuille de carbone pyrolytique sur l'os est obtenue par les propriétés adhésives du matériau polymère ou élastomère. Elle peut en outre être obtenue par des moyens classiques ci-après décrits.
Les modes de fixation de l'implant dépendent de sa nature. Lorsqu'il s'agit d'un implant de surfaçage l'implant comportera des picots de fixation ou des rainures permettant une accroche sur l'extrémité osseuse. La fixation sera ainsi réalisée soit grâce aux propriétés adhésives du matériau polymère ou élastomère soit par l'utilisation éventuelle de ciments ou colles biologiques ou polymériques. Dans un mode de réalisation l'implant est fixé sur l'extrémité osseuse par des ciments biorésorbables ou colles biologiques comme la fibrine. Lorsqu'elle est présente dans tous ces modes de réalisation la couche d'absorption de chocs constituée de matériau polymère ou élastomère absorbeur de chocs est placée entre la feuille de carbone pyrolytique et la zone d'implantation.
Dans un mode de réalisation l'implant est posé sur une tête osseuse articulaire. Dans un mode de réalisation l'implant est posé dans une cavité glénoïde.
Compte tenu de la bonne biocompatibilité du carbone pyrolytique, des ciments biologiques ostéoinducteurs comportant ou non des extraits tissulaires pourront être utilisés pour favoriser la colonisation osseuse. Les ciments biologiques sont par exemple des ciments biorésorbables comme les ciments phosphocalciques qui sont biocompatibles et ostéoinducteurs. Leur bonne biocompatibilité permet l'incorporation de principes actifs pharmaceutiques et de cellules vivantes sous forme d'extraits tissulaires.
Les extraits tissulaires sont des extraits tissulaires biologiques vivants ou des cellules autologues allogéniques ou xénogéniques. Ces cellules seront choisies de préférence parmi celles susceptibles de stimuler la régénération des tissus cartilagineux, par exemple des chondrocytes isolés et multipliés par des techniques connues de l'homme de l'art comme la culture cellulaire à partir de biopsie de cartilage.
Dans un mode de réalisation les extraits tissulaires sont choisis parmi les cellules autologues, allogéniques ou xénogéniques appartenant à la lignée des chondrocytes ou des cellules progénitrices de chondrocytes.
Dans un mode de réalisation l'implant est fixé sur l'extrémité osseuse par des 15 colles polymères comme les PMMA.
L'invention concerne également le procédé de fabrication d'un implant selon l'invention caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : a) on dispose d'un substrat, 20 b) on effectue un dépôt de carbone pyrolytique sur ledit substrat, c) on élimine le substrat pour obtenir un implant selon l'invention constitué de carbone pyrolytique. Dans un mode de réalisation le substrat est en graphite. Dans un mode de réalisation on dépose une couche de matériau polymère ou 25 élastomère à la surface de l'implant ainsi obtenu.
L'invention sera mieux comprise à la lumière des modes de réalisation illustrés sur les figures qui sont des dessins schématiques représentant à titre d'exemple 30 non limitatifs différents modes de réalisation.
La figure 1 représente une coupe de la tête de l'humérus qui fait partie de l'articulation de l'épaule, portant un implant selon l'invention en carbone pyrolytique fixé par ciment biologique. 35 La figure 2 représente une coupe d'une cavité glénoïde, celle de l'omoplate portant un implant selon l'invention fixé par une colle polymère. La figure 3, représente une coupe d'un implant selon l'invention en cours de réalisation.
La figure 4 représente une coupe de la tête de l'humérus qui fait partie de l'articulation de l'épaule, portant un implant de surfaçage comportant une couche d'absorption des chocs selon l'invention.
A titre d'exemple l'articulation la mise en place des implants selon l'invention est représentée par l'articulation de l'épaule ou articulation glèno-humérale dont les structures osseuses sont constituées de deux os principaux qui s'emboîtent, l'humérus, dont la partie supérieure articulaire a une forme arrondie partiellement sphérique et l'omoplate dont la partie articulaire ou glène s'articule avec la partie sphérique de l'humérus et présente une forme en cuvette.
L'implant représenté à la figure 1, est constitué d'une feuille de carbone pyrolytique 1 comportant des picots 2. Lesdits picots 2, sont pratiqués par exemple par usinage en creux dans le substrat en graphite avant que celui-ci ne soit soumis au procédé dit de CVD pour le dépôt de carbone pyrolytique. Ledit implant est fixé sur la tête, ici représenté la tête humérale 3, par du ciment biologique 4
L'implant représenté à la figure 2, est constitué d'une feuille de carbone pyrolytique 1 comportant des picots 2. Lesdits picots 2, sont pratiqués par exemple par usinage en creux dans le substrat en graphite avant que celui-ci ne soit soumis au procédé dit de CVD pour le dépôt de carbone pyrolytique. Ledit implant est fixé dans la cavité glénoïde de l'omoplate 5, par de la colle polymère non représentée sur la figure.
L'implant en cours de réalisation représenté à la figure 3, est une pièce dont le substrat 5 en graphite sur lequel un dépôt d'une couche de carbone pyrolytique 1 a été effectué sur une face et dont le graphite est en cours d'élimination sous forme de copeaux 6, à l'aide d'un outil tranchant 7. L'implant représenté à la figure 4, est constitué d'une feuille de carbone pyrolytique 1 et d'une couche de silicone 8. Ledit implant est fixé sur la tête, ici représentée la tête humérale 3, par du ciment biologique 4. 35

Claims (16)

REVENDICATIONS
1. Implant articulaire caractérisé en ce qu'il est constitué d'une feuille de carbone pyrolytique (1) dépourvu au moins partiellement de substrat (5).
2. Implant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une feuille de carbone pyrolytique (1) dépourvu de tout substrat.
3. Implant selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (5) est du graphite.
4. Implant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur inférieure à 2 mm et de préférence comprise entre 0,5 et 1,5 mm.
5. Implant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche (8) constituée de matériau polymère ou élastomère.
6. Implant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau polymère ou élastomère est un matériau choisi parmi les caoutchoucs de silicone, les polyuréthanes, les copolymères polyester uréthane, les copolymères de polyéther polyester.
7. Implant selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite couche (8) de matériau polymère ou élastomère présente une épaisseur comprise entre 0,2 et 3 mm. 30
8. Implant selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le matériau polymère est également adhésif.
9. Implant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de ciments ou colles biologiques (4).
10. Implant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de colles polymèriques. 25 35
11. Implant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il présente une forme adaptée à sa pose sur une tête osseuse articulaire (3).
12. Implant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il présente une forme adaptée à sa pose dans une cavité glénoïde (5).
13. Implant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des picots (2) de fixation ou des rainures.
14. Procédé de fabrication d'un implant articulaire selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : a) on dispose d'un substrat, b) on effectue un dépôt de carbone pyrolytique sur tout ou partie du substrat, c) on élimine le substrat.
15. Procédé de fabrication d'implant selon l'une des revendication 5 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de dépôt d'une couche de matériau polymère ou élastomère à la surface de l'implant ainsi obtenu.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que à l'étape a), le substrat est en graphite.
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