DS04 - Vie, santé et bien-être

Revêtements phosphocalciques électro-déposés pour applications biomédicales – DECaP

Des revêtements en phosphate de calium hors d'équilibre pour accrocher les implants à l'os

Les prothèses orthopédiques (genou, hanche, épaule...) sont accrochées à l'os par des revêtements de phosphate de calcium.<br />Nous cherchons à optimiser ces revêtements pour une guérison plus rapide des patients.

Revêtements phospho-calciques dans le domaine biomédical

Chaque année, plus de 200 000 prothèses orthopédiques (hanche, genou…) et un très grand nombre d’implants dentaires sont posés en France. Pour fonctionner correctement et longtemps, ces implants doivent nouer un contact intime avec l’os du patient, ce qui passe par une optimisation de leur surface par des dépôts de matière ostéo-conductrice (phosphates de calcium). Les revêtements exsistant sont fabriqués par projection plasma, bien cristallisés dans leurs phases les plus stables (e.g. hydroxyapatite). Efficaces, ces revêtements peuvent souffrir de délamination et d'une trop grande stabilité qui limite leur accroche à l'os. <br />Le projet DECaP a pour but de développer des techniques alternatives pour réaliser les revêtements en phosphate de calcium. Ces techniques doivent être peu chères et apporter des propriétés intéressantes aux revêtements (applicables aussi aux implants dentaires, meilleure adhésion au substrat, meilleure réactivité pour favoriser l’intégration dans l’os).

Le consortium de DECaP va donc utiliser des techniques d’ElectroFillage et de Dépôt par Atomisation Electrostatique (ESD) pour fabriquer des revêtements ostéoconducteurs d’architecture, composition et structure (amorphe ou cristalline) optimisées, sur des pièces en titane biomédical. Nous viserons spécifiquement des revêtements réactifs face à l’environnement biologiques, tels que des phosphates de calcium hors d’équilibre ou amorphes (très difficiles à stabiliser sous forme de revêtements, donc dont le potentiel en tant que revêtement ostéoconducteur n’a jamais été évalué), ou des verres bioactifs (encore jamais déposés par ESD). De plus, nous chercherons des architectures favorisant la réactivité et l’adhésion mécanique des tissus : revêtements denses de surface arborescente, revêtements très poreux, ou bien même avec une architecture multi-échelles (réseau de pores tubulaires à dans une matrice dense de surface de type corail).

Les résultats attendus du projet étaient notamment d'obtenir des phases de phosphate de calcium hors d’équilibre ou amorphes stables dans le temps, ce qui constitue un réel challenge. La compréhension des mécanismes de stabilisation de ces phases ouvrira la voie à de nouveaux matériaux aux propriétés originales.
Des premiers résultats en ce sens ont été obtenus, démontrant ainsi la faisabilité du projet.

- Industriellement : après des développements nécessaires, les résultats de DECaP permettront aux entreprises travaillant sur les biomatériaux d’implémenter de nouveaux procédés permettant la fabrication de de revêtements innovants et efficaces pour une meilleure ostéoconductivité des implants biomédicaux.
- Socialement : l’ostéoconductivité améliorée de ces implants permettra une guérison plus rapide des patients (donc meilleur confort, traitement plus court et meilleur succès à long terme). Temps de traitement réduit et coût des revêtements plus bas vont permettre de réduire le prix des implants.

communications dans 3 conférences internationales

Chaque année, plus de 200 000 prothèses orthopédiques (hanche, genou…) et un très grand nombre d’implants dentaires sont posés en France. Pour fonctionner correctement et longtemps, ces implants doivent nouer un contact intime avec l’os du patient. Pour améliorer leur ostéointégration, les implants dentaires utilisent des modifications de la morphologie de leur surface. Pour les implants orthopédiques, la même fonction est remplie par des revêtements en phosphates de calcium fabriqués par projection plasma, bien cristallisés dans leurs phases les plus stables (e.g. hydroxyapatite). En dépit d’une utilisation très courante sur les tiges et « metal back » de prothèses de hanche, l’efficacité des revêtements plasma est toujours sujette à controverse du fait de quelques inconvénients : épaisseur trop grande (empêchant leur utilisation sur des implants dentaires), délamination menant à des inflammations locales, nature « sur-stabilisée » des phases obtenues (qui ne favorise pas l’intégration dans l’os).
Le projet DECaP a pour but de développer des techniques alternatives pour réaliser les revêtements en phosphate de calcium. Ces techniques doivent être peu chères et apporter des propriétés intéressantes aux revêtements (applicables aussi aux implants dentaires, meilleure adhésion au substrat, meilleure réactivité pour favoriser l’intégration dans l’os).
Le consortium de DECaP va donc utiliser des techniques d’ElectroFillage et de Dépôt par Atomisation Electrostatique (ESD) pour fabriquer des revêtements ostéoconducteurs d’architecture, composition et structure (amorphe ou cristalline) optimisées, sur des pièces en titane biomédical. Nous viserons spécifiquement des revêtements réactifs face à l’environnement biologiques, tels que des phosphates de calcium hors d’équilibre ou amorphes (très difficiles à stabiliser sous forme de revêtements, donc dont le potentiel en tant que revêtement ostéoconducteur n’a jamais été évalué), ou des verres bioactifs (encore jamais déposés par ESD). De plus, nous chercherons des architectures favorisant la réactivité et l’adhésion mécanique des tissus : revêtements denses de surface arborescente, revêtements très poreux, ou bien même avec une architecture multi-échelles (réseau de pores tubulaires à dans une matrice dense de surface de type corail).
DECaP se terminera par une preuve de concept, sous la forme d’un implant dentaire revêtu par ces nouvelles techniques.
Les résultats attendus du projet sont de plusieurs natures:
- Scientifiquement : obtenir des phases de phosphate de calcium hors d’équilibre ou amorphes stables dans le temps est un challenge. La compréhension des mécanismes de stabilisation de ces phases ouvrira la voie à de nouveaux matériaux aux propriétés originales.
- Industriellement : après des développements nécessaires, les résultats de DECaP permettront aux entreprises travaillant sur les biomatériaux d’implémenter de nouveaux procédés permettant la fabrication de de revêtements innovants et efficaces pour une meilleure ostéoconductivité des implants biomédicaux.
- Socialement : l’ostéoconductivité améliorée de ces implants permettra une guérison plus rapide des patients (donc meilleur confort, traitement plus court et meilleur succès à long terme). Temps de traitement réduit et coût des revêtements plus bas vont permettre de réduire le prix des implants.
Le consortium de DECaP combine les compétences de trois laboratoires. MATEIS apportera sa connaissance des phosphates de calcium et bioverres, et une caractérisation in situ approfondie. Le LEPMI utilisera sa pratique et profonde compréhension du Dépôt par Atomisation Electrostatique, déjà appliquée avec succès à d’autres matériaux fonctionnels (composants de Piles à Combustibles à Oxyde Solide). Le LMI maîtrise l’Electrofillage, lequel (combiné à la chimie sol-gel) lui a permis de fabriquer des matériaux architecturés originaux. La synergie entre ces trois laboratoires permettra à DECaP d’atteindre ses objectifs ambitieux.

Coordination du projet

Laurent GREMILLARD (Matériaux : Ingénierie et Science)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LEPMI LABORATOIRE D'ELECTROCHIMIE ET DE PHYSICO-CHIMIE DES MATÉRIAUX ET DES INTERFACES
LMI UNIVERSITE LYON 1 CLAUDE BERNARD
MATEIS - CNRS Matériaux : Ingénierie et Science

Aide de l'ANR 462 619 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2017 - 48 Mois

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