Fabrication d’implants orthopédiques biohybrides osseux par fusion laser sur lit de poudre de phosphate tricalcique – OrthoFLase

RESUME: Ce projet de recherche présente une nouvelle approche pour la prise en charge chirurgicale des grandes pertes
de tissus osseux. A partir d’un saut technologique permet un acte chirurgical moins invasif et plus précis pour améliorer
l’autonomie et la qualité de vie des patients. Il pose une alternative au prélèvement d’os sur Ie patient (os .
autologue) ou provenant de banque d’organe (allogreffe). Ce progrès est rendu possible par le développement d’un
procédé innovant de fabrication directe par fusion laser sur lit de poudre de phosphate de calcium. Les architectures
complexes requises par la bio-ingénierie tissulaire sont impossibles à réaliser a partir d”une mise en forme céramique
traditionnelle par moulage, injection ou usinage. La fusion laser sur lit de poudre a l'avantage d’être une fabrication directe
de la pièce sans étape supplémentaire. En raison de Ia précision du laser, on peut obtenir un contrôle précis de Ia
macrostructure du matériau (taille des porosités, morphologie, distribution). Il est également possible de faire varier les
propriétés microscopiques du matériau en 3D, au cours de la fabrication couche par couche de Ia pièce. C’est
actuellement Ie meilleur procédé pour fabriquer sur mesure des implants pour Ia bio-ingénierie tissulaire avec une
structure interne qui favorise la colonisation osseuse (ostéoconduction) et hébergement de cellules mésenchymateuses
adultes autologues (CSMs) destinées a produire de l’os (ostéogénese). Les caractéristiques finales des céramiques
(propriétés physiques, mécaniques, chimiques, et biologiques) dépendront en grande partie de l’ajustement des propriétés
de la poudre, c’est a dire de leur capacité a être mise en couche et à interagir avec Ie laser de façon contrôlée et
reproductible. Les paramètres physicochimique des poudres donnant la meilleure réactivité tout en conservant les
bonnes propriétés (%phases, topographie...) et les paramètres optimum du laser et son environnement seront évalués
sur un banc instrumenté. Les bio céramiques obtenues seront caractérisées et leur bio cytocompatibilité validée in vitro de
même que l'ostéoconductivité et la bio compatibilité seront évaluées in vivo chez le lapin. La mise en forme 3D de
|’implant se poursuivra en affinant la recherche paramétrique sur les paramètres de balayage laser, de mise en couche et
d’environnement gazeux et thermique. Les bio céramiques obtenues seront caractérisées et testées biologiquement. Une
première étude vise a optimiser l'architecture des implants 3D en évaluant |'influence du volume poreux et de la répartition
de cette porosité au sein de l'impIant. Une seconde étude a pour objet de tester les effets de la modification de leur
design et de déterminer l’origine du recrutement cellulaire. Par la suite l’implant sera ensemencé par des cellules souches
mésenchymateuses afin d’améliorer l'ostéogénese. Ces biomatériaux hybrides seront implantés chez le lapin. La dernière
étude évalue Ia fonctionnalité biologique d’un implant ensemencé par des cellules souches mésenchymateuses sur un
animal pertinent sur le plan clinique, la brebis. Pendant la phase de colonisation osseuse les pièces osseuses adjacentes
seront maintenues par des plaques ostéosynthèse traditionnellement utilisées en orthopédie et qui seront déposées
ensuite après cicatrisation complète. A partir de ce procédé, il est possible de réaliser des implants parfaitement adaptés
sur le plan morphologique et structural, a partir d’une chaine numérique complète, qui débute avec |’imagerie des tissus
durs (scanner) suivie de leur modélisation 3D en interopérabilité avec le chirurgien, et se termine avec la fabrication de
l’implant par fusion laser sur lit de poudre de phosphate tri-calcique.