Composite injectable, biorésorbable et antibactérien pour la régénération osseuse – BIOSINJECT

En raison de l'augmentation de l'espérance de vie et de la nécessité d'améliorer la qualité de vie du patient, notre société doit répondre aux besoins croissants de développer des biomatériaux en particulier pour l'orthopédie qui soient capables : 1) d'être injecter grâce aux techniques chirurgicales mini-invasives et ; 2) de substituer, de réparer et de régénérer efficacement le tissu osseux à bas coût; 3) limiter les risques infectieux post-opératoires et; 4) d'être rapidement transféré à l'échelle industrielle. En vue d'augmenter le bénéfice global d'une opération chirurgicale pour le patient, 4 caractéristiques principales sont recherchées : l'injectabilité, la résorbabilité ainsi que l'activité biologique (en particulier l'ostéogénicité) et antibactérienne. La stratégie que nous développerons dans ce programme de recherche industrielle intègre ce problème multi-contraintes ; elle est basée sur l'association de 2 systèmes innovants, des ciments à base de carbonate de calcium (CaCO3) et des polysaccharides sélectivement modifiés, avec des ions bioactifs pour élaborer un substitut osseux injectable présentant une activité biologique et antibactérienne. D'une part, nous avons les compositions et propriétés rhéologiques originales de ciments uniquement à base de CaCO3 ou incluant une proportion élevée de CaCO3 (> 40% m/m) qui ont été récemment démontrées au CIRIMAT et pour lesquelles des propriétés de résorption accrues sont attendues compte tenu de la métastabilité du CaCO3 dans les fluides biologiques [Brevet Partenaire 1]. D'autre part, de nouveaux dérivés du chitosane et/ou d'acide hyaluronique conduisant à des réseaux physiques ou chimiques en fonction du milieu environnant ont été récemment synthétisés au CERMAV [Brevet Partenaire 2]. Nous pouvons tirer avantageusement profit de ces 2 systèmes inorganique et organique pour élaborer de nouvelles compositions de ciments composites injectables en contrôlant les interactions spécifiques minéral-organiques. Les polysaccharides auront plusieurs fonctions dans la formulation du biomatériau : a) Ils seront utilisés en tant qu'adjuvant pour améliorer la cohésion de la pâte tout en conservant des propriétés physico-chimiques adaptées pour des applications chirurgicales; b) Ils constitueront la matrice de microsphères qui seront formulées d'une part, pour introduire et contrôler une macroporosité interconnectée dans le ciment et d'autre part, pour encapsuler et contrôler la libération des agents bioactifs. Compte tenu des inconvénients (résistance bactérienne) liés à l'utilisation très répandue d'antibiotiques pour limiter les infections post-opératoires, nous proposons une alternative visant à exploiter l'activité antibactérienne connue des ions argent. Ces cations peuvent interagir avec les polysaccharides modifiés constituants les microsphères pour former des systèmes à libération prolongée à incorporer dans le composite. Cette même stratégie sera suivie pour conférer une activité ostéogénique au composite grâce à l'incorporation et à la libération contrôlée d'ions strontium dont l'effet positif sur la formation osseuse a été démontrée. Cette voie utilisant la bioactivité de certains ions pourra présenter un avantage significatif par rapport à la voie très coûteuse des biomatériaux « dopés » avec des protéines spécifiques/facteurs de croissance (notamment les Bone Morphogenetic Protein (BMP)) qui se développe actuellement.
Notre programme de travail s'inscrit dans une stratégie de recherche inter- et multidisciplinaire reposant sur un réseau de partenaires constitué de 6 laboratoires académiques et 2 petites entreprises et combinant les compétences très complémentaires de chimistes des matériaux pour élaborer le ciment composite, de chimistes organiciens pour synthétiser des polysaccharides aux propriétés contrôlées, de rhéologues pour caractériser la pâte injectable, de pharmaciens pour la formulation de systèmes à libération prolongée, de microbiologistes et de biologistes pour évaluer in vitro l'activité bactéricide et biologique de ces nouveaux composites, de cliniciens pour réaliser les études animale et clinique, et enfin d'ingénieurs R&D pour la production à l'échelle pilote et le transfert de technologie.