Technologie de surfaces
Membranes synthétiques après implantation chez un rat pendant un mois. À gauche, la membrane dépourvue de traitement est couverte de cellules et de protéines qui bouchent ses pores ; à droite, les pores de la surface traitée ne sont pas obstrués. © CTTMAdapter un matériau aux conditions d’usage d’un dispositif médical
tel qu’un implant consiste souvent à développer des traitements
de surface qui permettent de maîtriser ses interactions avec le corps.
La performance du dispositif et le succès durable de son implantation
dépendent en effet largement des propriétés de sa surface, mais l’obtention
des propriétés requises représente parfois un grand défi technologique.
À titre d’exemple, nous travaillons
sur un module d’encapsulation de
cellules pancréatiques1 (des îlots
de Langherans d’un donneur)
implantable dans la cavité
du péritoine. Ce « pancréas bioartificiel » est destiné à restaurer
la fonction de sécrétion d’insuline
chez des patients atteints d’un
diabète de type 1. Les membranes
de polymères synthétiques utilisées pour encapsuler les îlots doivent
notamment être imperméables aux molécules immunitaires (anticorps)
du receveur, pour éviter le rejet, mais perméables à l’insuline et aux
nutriments tels que le glucose. Cette perméabilité sélective est assurée
par un dimensionnement adéquat des pores de la membrane : une largeur
inférieure à celle des anticorps et supérieure à celle de l’insuline. Il faut
aussi doter la membrane de propriétés antiadhésives (en particulier en
augmentant l’hydrophilie, capacité à se lier à des molécules d’eau) afin
que les pores ne s’obstruent pas. Après quelques échecs, qui ont conduit à
des traitements complémentaires permettant une meilleure vascularisation
du module et une diminution de la réaction inflammatoire, les essais
effectués chez des rats ont été concluants. Une application chez l’Homme
nécessite néanmoins de mener à bien de nombreuses autres études.
Les technologies développées ne sont pas restreintes à la mise au point
d’implants. Par exemple, dans le cadre du projet européen Neuroscreen,
des traitements de surface similaires sont appliqués à des dispositifs de
diagnostic des maladies neurodégénératives (d’Alzheimer, de Parkinson,
de Creutzfeldt-Jakob...). Ils permettent de stocker, pour analyse, d’infimes
quantités (quelques 10-9 g/ml) d’antigènes recherchés tout en évitant, une
fois l’échantillon prélevé, que ceux-ci ne s’adsorbent (se collent) sur les
parois du dispositif et compromettent ainsi leur quantification.
1. La mise au point du module pancréatique a fait l’objet d’un brevet international : Membrane for encapsulation chamber of cells producing at least a biologically active substance and bioartificial organ comprising same membrane (WO/2002/060409; PCT/FR2002/000347)
DOSSIER
Le corps sous pressions
La chimie des implants
Une maçonnerie biochimique
Mettre au point un matériau injectable dans un os tel qu’un corps vertébral nécessite un long travail de recherche en chimie : il faut non seulement qu’il durcisse en acquérant des propriétés mécaniques similaires à cet os mais aussi qu’il soit lentement résorbable tout en stimulant la reconstruction du tissu osseux. Les polymères synthétiques actuellement utilisés pour combler des lacunes osseuses, comme le PMMA (polyméthacrylate de méthyle), ne sont pas résorbables et manquent d’élasticité. Un consortium d’équipes nantaises1 et de quelques autres partenaires en France travaille depuis peu sur un composite dont le constituant principal est un ciment riche en phosphate de calcium. Ce matériau durcit puis se dégrade in vivo. D’autres constituants sont recherchés parmi des polymères fluides biodégradables d’origine naturelle afin d’ajuster la viscosité du composite avant durcissement (pour une bonne injectabilité, notamment), l’élasticité du composite durci et sa capacité à laisser pénétrer les fluides biologiques qui assureront son remplacement par de l’os. Nous étudions actuellement la piste du fibrinogène, une protéine sanguine impliquée dans la coagulation du sang et qui permet d’obtenir une pâte assez collante pour éviter une fuite de matériau juste après l’injection. On peut aussi inclure au ciment un médicament tel qu’une substance anti-ostéoporose2. Le dernier additif nécessaire est un produit stable in vivo et opaque aux rayons X, davantage que l’os afin que le chirurgien puisse contrôler le déroulement de l’opération sous radioscopie. La vérification de l’adéquation des propriétés des constituants candidats et du composite résultant nécessite divers tests et mesures (injectabilité via une aiguille, résistance mécanique sous différents types de contraintes, temps de durcissement, mesures radiographiques...) et de nouvelles méthodes d’évaluation, en particulier pour cerner les effets des interactions entre les constituants. Les meilleurs candidats subiront ensuite des tests de biodégradabilité, de biocompatibilité, d’innocuité, puis des essais précliniques (chez des animaux) avant des tests cliniques (chez des patients) et le développement d’un procédé industriel •
1. le Ceisam, le Lioad, Subatech (CNRS/École des mines/ Université de Nantes), l’IMN CNRS/Université de Nantes) et la société Graftys
2. Cf. Un médicament-prothèse, Têtes chercheuses n°2. Le biomatériau évoqué dans cet article est en phase d’évaluation clinique depuis fin 2009, après 5 ans de mise au point.
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