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Un film biomimétique polyvalent pour le revêtement d’implants osseux

Actuellement, la norme de référence pour réparer les défauts osseux de taille critique qui ne guérissent pas d’eux-mêmes consiste à utiliser les propres tissus du patient (autogreffe). Ce processus étant associé à une douleur prolongée et à des risques d’infection élevés, les scientifiques européens ont développé une solution biomimétique adaptable aux besoins individuels des patients.

Recherche fondamentale
Santé

Dans le domaine de l’orthopédie et de la chirurgie maxillo-faciale, les greffes osseuses synthétiques sont apparues comme une solution alternative dans le remplacement de la hanche, la chirurgie reconstructrice du visage ou de la mâchoire et après un curetage de tumeur. Outre les propriétés mécaniques, les greffes synthétiques démontrent aujourd’hui une capacité ostéoconductrice: des molécules, comme des facteurs de croissance, sont incorporées dans leur conception qui déclenchent la régénération osseuse après la chirurgie. Les greffes ne peuvent toutefois pas contrôler l’apport de ces molécules bioactives, provoquant une inflammation, une infection, une cicatrisation osseuse anormale ou sont structurellement insuffisantes pour corriger des défauts de grande taille.

Un film biomimétique aux propriétés régénératrices osseuses

Idéalement, les greffes synthétiques devraient être conçues pour imiter l’environnement osseux in vivo, permettant la libération spatiale et temporelle de molécules bioactives à des doses physiologiques. Pour y remédier, le projet REGENERBONE, financé par l’UE, a travaillé sur des implants médicaux innovants dotés de propriétés ostéoinductives. Le projet s’est appuyé sur une technologie développée dans le cadre du projet BIOMIM, financé par l’UE, et constitué de films biomimétiques pouvant être déposés sur n’importe quel matériau. Construits selon une technique d’assemblage couche par couche, les films biomimétiques contiennent deux biopolymères largement présents dans les tissus cartilagineux et osseux: l’acide hyaluronique et un polymère de lysine. En outre, ils contiennent la protéine morphogénétique osseuse 2 (BMP-2) responsable de l’activation des cellules progénitrices osseuses et de leur différenciation en cellules osseuses. La BMP-2 a déjà été approuvée pour la réparation osseuse en clinique. «En contrôlant les conditions de chargement de BMP-2 dans les films, nous pouvons contrôler avec précision la dose de BMP-2 que nous délivrerons in vivo», souligne Catherine Picart, chercheuse principale. De plus, les films biomimétiques ont une porosité nanométrique qui leur confère une rigidité contrôlée et permet d’affiner la libération de BMP-2 près de la surface de l’implant. Les films biomimétiques peuvent être déposés sur pratiquement n’importe quel matériau implantable indépendamment de leur composition chimique, de leur géométrie, de leur forme et de leur taille, y compris la céramique, les polymères et les métaux. «C’est un grand avantage car cela rend nos films adaptés à tous les types de greffons synthétiques actuellement utilisés dans les stratégies de remplacement osseux», souligne Catherine Picart.

Efficacité de régénération osseuse

Les implants pelliculés ont démontré une capacité ostéoinductrice in vivo lorsqu’ils ont été testés sur des modèles précliniques. De plus, les chercheurs ont utilisé des cylindres polymères creux recouverts de films ostéoinducteurs pour réparer un défaut osseux de taille critique dans les fémurs de rats. L’étendue de la réparation dépendait de la dose de BMP-2 et le tissu nouvellement formé ressemblait à la physiologie de l’os natif. Les scientifiques de REGENERBONE ont également pu réparer des défauts mandibulaires dans un grand modèle animal. La taille de ce type de défaut s’apparente à ce que les chirurgiens doivent réparer en clinique. À cette fin, ils ont conçu un implant innovant pour combler le défaut osseux. Le revêtement avec le film biomimétique a fourni une réparation osseuse efficace d’une manière dépendante de BMP-2 sans effets indésirables.

Directions futures

Dans l’ensemble, les résultats prometteurs ont incité les scientifiques de REGENERBONE à obtenir l’approbation réglementaire pour tester les produits biomimétiques dans des essais sur l’homme. Cela se fera en collaboration avec le réseau des Centres d’Investigation Clinique ‑ Innovation Technologique CIC-IT à Bordeaux, spécialisé dans la traduction de dispositifs médicaux innovants. Fait important, la polyvalence de la technologie permettra de façonner des implants sur mesure adaptés aux besoins de chaque défaut osseux particulier. L’utilisation de films biomimétiques s’étend au-delà des implants osseux et ils peuvent être utilisés pour revêtir des microplaques de culture cellulaire pour étudier la signalisation cellulaire et contrôler la différenciation des cellules souches. Cette application a été explorée dans le cadre du projet BIOACTIVECOATINGS, financé par le Conseil européen de la recherche (CER) de l’UE, et peut être utilisée pour le criblage des médicaments, l’ingénierie tissulaire et la toxicologie.

Mots‑clés

REGENERBONE, biomimétique, BMP-2, défaut osseux, greffe synthétique, implant osseux, ostéoinductif, régénération osseuse, BIOMIM, BIOACTIVECOATINGS

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