Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
Les biomatériaux sont, par définition, des matériaux biocompatibles avec l'organisme humain. Bien qu'imaginés il y a plusieurs millénaires, ce n'est que dans les dernières décennies que leur développement s'est accéléré. Ces matériaux ont pour objectif d'allonger la durée de vie du corps humain en remplaçant ou en restaurant une ou plusieurs fonctions défaillantes. Or, comme tous matériaux, ils peuvent subir des altérations dans l'environnement biologique de leur utilisation. On parle alors de biodégradation. Afin de minimiser ces interactions, il est nécessaire de réaliser un traitement de surface pour améliorer leur biocompatibilité. Cet article présente donc les propriétés des biomatériaux ainsi que leurs comportements en milieux physiologiques naturels et synthétiques. Sont détaillés également les méthodes de traitement de surface, suivant les types de matériaux utilisés.
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By definition, biomaterials are biocompatible with the human body. Although these were imagined several millenniums ago, it is not until recently that their development has accelerated. The objective of such materials is to increase the lifetime of the human body by replacing or restoring one or several faulty functions. However, just like any material, they can be altered by the biological environment of their use. This is referred to as biodegradation. In order to minimize these interactions, a surface treatment must be carried out to improve their biocompatibility. This article thus presents the properties of biomaterials as well as their behavior in natural and synthetic physiological media. Surface treatment methods according to the types of material used are also detailed.
Auteur(s)
-
Caroline RICHARD : Professeur des universités, Polytech'Tours - Université de Tours François Rabelais
INTRODUCTION
Réparer l'homme » avec des (bio)matériaux afin de retrouver l'intégrité et les fonctionnalités de son corps après une maladie ou un traumatisme, voire une amputation, a toujours été une quête inhérente (et incessante) à l'être humain. On peut trouver de nombreux témoignages et traces de différentes thérapies ou solutions utilisées par le passé, et ce dans toutes les grandes civilisations. Par exemple, les Chinois et parallèlement les Aztèques utilisaient déjà l'or en dentisterie . Dans l'Égypte ancienne, des mises à jour récentes ont permis de découvrir des prothèses de gros orteil en bois et en cuir, imitant à la perfection le doigt de pied manquant ainsi que des pieds entiers artificiels et des mains articulées . L'Histoire est donc parsemée de tels cas. Beaucoup remontent à plusieurs millénaires. Ainsi dans le Rig Veda, un livre sacré ancien de l'Inde (compilé de 3500 à 1800 avant J.C.), il est mentionné que la reine Vishpla a perdu une jambe par amputation suite à une blessure de guerre. Après guérison de sa blessure, elle reçut une prothèse en acier lui permettant de remarcher et de repartir sur les champs de bataille. Métaux et bois étaient donc déjà souvent employés mais également des pierres pour remplacer les yeux (remplacement esthétique) et même la nacre pour réparer des dents (trace d'une réparation dentaire de ce type, sur un crâne maya du Honduras , il y a 2 000 ans). Cependant, d'autres matériaux ont été envisagés. Le Sage chirurgien Susruta (environ 800 avant J.C.), équivalent indien d'Hippocrate, souligne dans son traité l'utilisation d'instruments chirurgicaux et matériaux avec détails et précision. Il a ainsi décrit des sutures réalisées avec des fibres de coton, cuir, tendons d'animaux, crins de chevaux et diverses fibres végétales. En France, des travaux équivalents sont reportés par Ambroise Paré au XVIe siècle (ligature des artères). En 1775, deux chirurgiens toulousains (Lapeyode et Sicre) emploient des sutures en fer pour réduire la fracture d'un humérus. Cependant en cette fin du XVIIIe/début du XIXe siècle où l'anesthésie, les principes d'antisepsie et les antibiotiques sont complètement inexistants, cela est couronné de peu succès pour des raisons évidentes. Néanmoins, on découvre que la plupart des métaux connus disponibles ne sont pas stables dans le temps et ont tendance à se corroder.
Ce n'est qu'il y a une quarantaine d'années seulement que la science des biomatériaux est devenue une science à part entière qui va de l'élaboration de nouveaux matériaux utilisables en pratique clinique jusqu'à l'évaluation de leur comportement global dans un corps humain à plus ou moins long terme. L'autre raison du développement croissant et accéléré des biomatériaux, est que la durée de vie des populations augmente dans les pays industrialisés (cf. figure A de [Doc. COR 140] ) mais la qualité de nos tissus diminue avec l'âge, de manière plus ou moins drastique selon le mode de vie, l'hérédité. Le recours aux prothèses est de plus en plus courant en attendant les progrès de l'ingénierie tissulaire ou celui sur les thérapies par cellules souches. Implanter une prothèse est donc une chose commune de nos jours (plus de 120 000 prothèses ostéo-articulaires posées par an ; marché de 1,5 milliards d'euros par an ; 3,2 millions de personnes ont un biomatériau implanté rien qu'en France), mais il est essentiel qu'elle soit supportée par le patient et qu'elle ne soit pas altérée dans le temps. Pour donner un ordre de grandeur, les plus longues durées fonctionnelles d'un implant orthopédique sont, à l'heure actuelle, de seulement 15 à 20 ans ; ce qui représente une butée technologique pour les personnes jeunes qui ont pu être accidentées ou subissent une maladie chronique osseuse, par exemple.
Un large panorama des différents aspects de la corrosion et traitements de surface des biomatériaux est ici développé. Rappelons que, quel que soit le domaine d'application, la corrosion n'est pas une propriété intrinsèque d'un matériau mais celle d'un système : matériau/surface/milieu.
Cela est d'autant plus délicat à étudier puisque, dans le cas des biomatériaux, il s'agit d'interactions avec le vivant.
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Procédures expérimentales in vitro propres aux biomatériaux
En anglais
1. Définition et propriétés d'un biomatériau
Après ces quelques rappels historiques souvent instructifs sur les démarches et tâtonnements effectués au cours des siècles et qui ont conduit à un certain nombre de traitements thérapeutiques modernes, il convient de définir précisément ce qu'est un biomatériau. En effet, il en existe de nombreuses définitions. Une seule est ici considérée, celle retenue en 1986 lors de la conférence dite « du consensus » à Chester (G-B) par la Société européenne pour les biomatériaux :
« un biomatériau est un matériau non vivant d'origine naturelle ou synthétique utilisé dans un dispositif médical destiné à interagir avec les systèmes biologiques ».
Il est convenu qu'un biomatériau peut être en contact avec un tissu du corps humain de manière continue ou intermittente afin de remplacer ou de restaurer une ou plusieurs fonctions. Dans cette définition, quelque peu restrictive, sont exclus les instruments chirurgicaux et les prothèses externes, tels les membres artificiels ou telles les prothèses auditives.
par tissu du corps humain, on entend non seulement les tissus de soutien tels que la peau, l'os, la dent..., mais aussi le sang, qui contient divers types de cellules (globules rouges, globules blancs) ainsi que diverses substances permettant la formation d'un caillot en cas de blessure (plaquettes, fibrine...).
Lors de l'implantation d'un biomatériau dans un organisme, le problème de sa biosécurité et de sa pérennité se pose alors. Globalement, deux types d'effets biologiques peuvent se produire entre les matériaux et le milieu environnant :
-
des effets du tissu receveur sur le matériau implanté (bioadhésion, biofilm) ;
-
des effets du matériau sur les tissus receveurs (relargage de cations métalliques, dommages cellulaires, lyse, particules d'usure, etc.).
Un biomatériau doit correspondre à un cahier des charges très précis. Si la prothèse est un implant dentaire ou une prothèse de la hanche, le cahier des charges sera différent puisque le milieu d'implantation et les propriétés requises ne sont pas les mêmes. Dans ce cahier des charges, la résistance à la corrosion et la réponse biologique favorable vont être réunies sous le terme de « biocompatibilité », critère primordial et essentiel. La biocompatibilité,...
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Définition et propriétés d'un biomatériau
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MAULI AGRAWAL (C.) - Reconstructing the human body using biomaterials. - JOM, vol. 50, no 1, p. 31-35, janv. 1998.
-
(2) - CORNET (A.), MEYER (J.-M.) - Corrosion des biomatériaux. - Dans « Corrosion et anticorrosion : pratique industrielle », chap. 7, Éd. Scie. BERANGER (G.) et MAZILLE (H.), Collection Mécanique et Ingénierie des Matériaux, Hermès-Lavoisier, p. 129-134 (2002).
-
(3) - RICHARD (C.) - Corrosion et anticorrosion dans le domaine biomédical – Cas des prothèses articulaires et dentaires. - Dans « Prévention et lutte contre la corrosion : une approche scientifique et technique », chap. 29, Éd. Scie. NORMAND (B.), PÉBÈRE (N.), RICHARD (C.) et WÉRY (M.), PPUR, p. 721-741 (2004).
-
(4) - BOBBIO (A.) - The first endosseous alloplastic implant in the history of man. - Bulletin of Historical Dentology, 20(1), p. 1-6 (1972).
-
(5) - GUILLEMOT (F.), DURRIEU (M.-C.), BAQUEY (Ch.) - Méthode de biofonctionnalité des alliages de titane. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Sur la biocompatibilité et les différents alliages utilisés http://membres.lycos.fr/atollimplant/tolerance.htm
Sur les implants dentaires et l'ostéointégration http://www.implants-dchappuis.ch/implants.htm http://www.implant.com.fr/osteointegration.html
HAUT DE PAGE
EN ISO 22674 - 2006 - Art dentaire – Matériaux métalliques pour les restaurations fixes et amovibles et les appareillages - -
ISO 6474 - 1994 - Implants chirurgicaux – Produits céramiques à base d'alumine de haute densité - -
HAUT DE PAGE3 Données statistiques et économiques
Dans les pays industrialisés, la durée de vie de la population augmente (figure ), ce qui peut, en partie, expliquer le développement croissant des biomatériaux.
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