Les implants osseux représentent une solution chirurgicale privilégiée, mais qu’en est-il de l’efficacité des implants actuels ? Quel rôle l’os imprimé en 3D peut-il jouer ?

Implants osseux et chirurgie orthopédique

Pour réparer les lésions osseuses, de multiples recherches sont menées sur le développement de matériaux de régénération osseuse. Ces matériaux sont utilisés pour concevoir des implants osseux, qui une fois introduits au niveau des lésions, vont permettre une régénération de l’os.

Quel serait le meilleur matériau pour les implants osseux ? Un implant idéal doit remplir plusieurs conditions :

Il doit être sûr et efficace in vivo, c’est-à-dire ne pas provoquer de réaction inflammatoire ou immunitaire chez le patient (rejet) ;
Il doit être rapidement et facilement utilisable par l’équipe médicale au bloc opératoire ;
Il doit pouvoir être produit en quantité suffisante pour répondre à la demande, avec un coût de production modéré ;

À ce jour, différents types d’implants osseux sont disponibles, mais aucun ne répond favorablement aux trois critères ci-dessus. Ces implants sont composés de phosphates de calcium et de polymères synthétiques. Au cours des deux dernières décennies, les efforts de recherche se sont concentrés sur la mise au point de biocéramiques poreuses, mais sans parvenir à trouver un matériau capable de répondre à toutes les demandes des chirurgiens.

Un « os hyperélastique » façonné à la demande

Une équipe de recherche américaine vient de concevoir un nouveau biomatériau, qu’ils ont nommé « l’os hyperélastique ». Selon eux, ce biomatériau pourrait révolutionner les implants osseux et la chirurgie orthopédique.

« L’os hyperélastique » est un matériau composé à 90% d’hydroxyapatite et à 10% de polymères synthétiques biodégradables, composants déjà autorisés pour les applications médicales aux USA. Il présente des propriétés mécaniques très intéressantes:

Une compatibilité avec les tissus vivants;
Une porosité facilitant sa colonisation par les tissus vivants ;
Une élasticité;
Une malléabilité;
Une auto-adhésivité très pratique pour l’implanter ;

« L’os hyperélastique » est produit grâce à une imprimante 3D, et ce rapidement à raison de 275 cm3 par heure. Il est ainsi possible de le synthétiser aussi bien à grande échelle qu’à la demande, avec un coût de production modéré.

Par ses propriétés mécaniques uniques, « l’os hyperélastique » peut prendre n’importe quelle forme de n’importe quelle taille. Toutes les structures osseuses peuvent être réalisées. Même les configurations complexes et de petites tailles sont possibles. Par exemple, une mandibule (principal os de la mâchoire) peut être conçue en 3 heures. De plus, « l’os hyperélastique » peut également être remanié au cours de l’intervention chirurgicale, le chirurgien peut le couper, le plier ou le suturer en fonction des besoins.

Il semble ainsi répondre positivement aux trois critères de l’implant osseux idéal. Qu’en est-il alors de son efficacité en laboratoire et chez l’animal ?

A savoir ! L’hydroxyapatite est un minéral de la famille des phosphates. Elle est naturellement présente en grande quantité dans les dents et les os. Mais elle peut aussi être à l’origine de troubles osseux dans la maladie des dépôts d’hydroxyapatite. L’hydroxyapatite se dépose alors au niveau des articulations ou à proximité des articulations (tendons) et génère des douleurs et une raideur articulaire. L’hydroxyapatite peut également être produite par synthèse chimique.

Une révolution pour les greffons osseux ?

Les chercheurs ont testé ce matériau aux propriétés prometteuses in vitro et in vivo. Des cellules humaines, mises en présence de « l’os hyperélastique », débutent ainsi une synthèse de tissu osseux. Son efficacité a ensuite été évaluée in vivo chez le rat et le singe.

Implanté chez les animaux, « l’os hyperélastique » est parfaitement biocompatible et n’entraîne ni réaction du système immunitaire (rejet), ni infection. Il s’intègre rapidement au sein des tissus environnants et se vascularise. Grâce à sa porosité, il facilite la formation de nouveau tissu osseux, sans aucune addition de facteurs de croissance :

Après 8 semaines chez le rat au niveau de la colonne vertébrale ;
Après 4 semaines chez le singe au niveau de la boîte crânienne ;

Ce nouveau biomatériau, baptisé « os hyperélastique » par ses concepteurs, s’avère très prometteur pour la chirurgie orthopédique. Des études complémentaires sont désormais nécessaires pour établir sa sécurité d’emploi et son efficacité à plus grande échelle chez l’animal, puis chez l’homme.

Estelle B., Docteur en Pharmacie

Sources :

Adam E. et al. Hyperelastic »bone »: A highly versatile, growth factorfree, osteoregenerative, scalable, and surgically friendly biomaterial. 2016. Science Translational Medicine 8 (358)