Matériaux composites polymères biomimétiques pour la guérison osseuse

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L'Institut des matériaux industriels du CNRC développe des structures biomimétiques à base de composites polymères en vue de produire des implants biomédicaux. Les matériaux composites polymères ont des caractéristiques uniques qui les rendent attrayants pour la guérison et la reconstruction osseuse ainsi que pour les applications orthopédiques.

Matériaux implantables novateurs à propriétés biomimétiques pour réparation et reconstruction osseuse

Caractéristiques des matériaux composites du CNRC :

• Biomimétisme : implants avec structure et propriétés semblables à celles des os (brevet en instance)
• Ostéoconduction : technologie novatrice de revêtement céramique sur composites polymères (brevet en instance)
• Fixation améliorée : revêtement sophistiqué d'implants en céramique à forte adhésion

Déviation des contraintes et ostéointégration

La structure et les propriétés mécaniques uniques des matériaux composites polymères du CNRC leur confèrent des propriétés similaires à celles des tissus osseux réduisant la déviation des contraintes, responsable de la résorption osseuse. Leurs revêtements bioactifs poreux à forte adhésion les dotent de la capacité d'ostéointégration nécessaire pour la fixation de l'implant à long terme. Une réduction des micromouvements à l'interface os-implant est ainsi obtenue, augmentant la période d'implantation.

Procédé de fabrication

Structure des composites – Le procédé de fabrication exclusif du CNRC permet la production d'une variété de structures dotées de propriétés des os et d'une fiabilité à long terme.

Revêtement – La technologie de revêtement exclusive permet la production de revêtements en HA conformes à la norme ISO 13779 sur les structures composites polymériques.

Composite polymère avec revêtement en HA du CNRC pour tige de prothèse de hanche		Tige pour hanche en composite polymère recouverte de HA
Coeur interne Composite polymère Revêtement en HA

Propriétés et caractéristiques des matériaux

Le module élastique de la structure composite polymère du CNRC couvre parfaitement les plages des propriétés de l'os cortical (voir le tableau ci-dessous), contrairement aux métaux denses comme les alliages de Ti et l'acier inoxydable 316L généralement utilisés dans les applications orthopédiques.

La performance mécanique à long terme a aussi confirmé que les matériaux composites polymères du CNRC ne connaissent pas de rupture par fatigue dans des conditions physiologiques normales. En fait, les ruptures par fatigue sont survenues uniquement dans des conditions non-physiologiques extrêmes.

Diagramme de longévité à la fatigue montrant
un bris à plus de 3 à 5 millions de cycles
dans des conditions extrêmes

	Sections histologiques de tiges implants intramédullaires (lapin blanc de Nouvelle-Zélande, 49 jours après l'implantation).
Revêtement en HA du CNRC sur composite polymère	Dépôt d'apatite après un conditionnement de liquide corporel simulé
Couche d'apatite régénérée cultivée sur un revêtement HA CNRC (environ 80 µm) sur composite polymère montrant une bioactivité.

L'évaluation de la biocompatibilité a été évaluée par:

• des essais in vitro de cytotoxicité (bleu d'Alamar, MTT, contacte direct et indirect)
• la bioactivité in vitro (teneur en protéines totales, alkaline phosphatase, collagène type I et ostéocalcine internalisée et libérée)
• implantation in vivo chez le rat et le lapin (histologie, histomorphométrie, apposition osseuse

Possibilités d'affaires

Il existe actuellement des opportunités d'affaires pour les entreprises et les centres de recherche intéressés au développement et à l'exploitation d'appareils orthopédiques et de guérison et reconstruction osseuse. Par l'entremise de projets R et D et de recherche pré-concurrentielle, l'IMI-CNRC travaille conjointement avec des entreprises dans un processus de transfert technologique progressif.

Martin Bureau, Ph.D. Chef de groupe Composites polymères de pointe Tél. : 450-641-5179 Téléc. : 450-641-5105 Courriel : Martin.Bureau@cnrc-nrc.gc.ca
Alexandre Paris, ing. Agent de commercialisation Conception de matériaux de pointe Tél. : 450-641-7524 Téléc. : 450-641-5105 Courriel : Alexandre.Paris@cnrc-nrc.gc.ca

Information pertinente

Instituts:

• Institut des matériaux industriels du CNRC