Les traumatismes, la dégénérescence et les maladies rendent souvent nécessaire une réparation ou un remplacement chirurgical. Lorsqu’une personne souffre d’une articulation, la principale préoccupation est le soulagement de la douleur et le retour à un style de vie sain et fonctionnel. Cela nécessite généralement le remplacement de parties du squelette, notamment les genoux, les hanches, les articulations des doigts, les coudes, les vertèbres, les dents et la réparation de la mandibule. Le marché mondial des biomatériaux est évalué à près de 24 000 millions de dollars. Les applications orthopédiques et dentaires représentent environ 55% du marché total des biomatériaux. Les produits orthopédiques ont dépassé les 13 milliards de dollars dans le monde en 2000, soit une augmentation de 12 % par rapport aux revenus de 1999. On s’attend à ce que l’expansion dans ces domaines se poursuive en raison d’un certain nombre de facteurs, notamment le vieillissement de la population, la préférence croissante des candidats plus jeunes et d’âge moyen pour la chirurgie, l’amélioration de la technologie et du style de vie, une meilleure compréhension de la fonctionnalité du corps, l’amélioration de l’esthétique et le besoin d’une meilleure fonction.
Biomatériaux
Le biomatériau par définition est « une substance non médicamenteuse appropriée pour être incluse dans des systèmes qui augmentent ou remplacent la fonction des tissus ou des organes corporels ». Depuis un siècle déjà, les matériaux et dispositifs artificiels ont été développés au point de pouvoir remplacer divers composants du corps humain. Ces matériaux sont capables d’être en contact avec les fluides et les tissus corporels pendant des périodes prolongées, tout en suscitant peu ou pas de réactions indésirables.
Développement historique des biomatériaux
Certaines des premières applications des biomatériaux remontent à l’ancienne Phénicie où les dents déchaussées étaient liées entre elles par des fils d’or pour attacher les artificielles aux dents voisines. Au début des années 1900, les plaques osseuses ont été utilisées avec succès pour stabiliser les fractures et accélérer leur guérison. Tandis qu’au moment des années 1950 à 60, les remplacements de vaisseaux sanguins étaient en essais cliniques et les valves cardiaques artificielles et les articulations de la hanche étaient en cours de développement.
Facteurs de conception des biomatériaux
Même dans les étapes préliminaires de ce domaine, les chirurgiens et les ingénieurs ont identifié des matériaux et des problèmes de conception qui ont entraîné une perte prématurée de la fonction de l’implant par défaillance mécanique, corrosion ou biocompatibilité inadéquate du composant. Les facteurs clés de l’utilisation d’un biomatériau sont sa biocompatibilité, sa biofonctionnalité et, dans une moindre mesure, sa disponibilité. Les céramiques sont des candidats idéaux en ce qui concerne toutes les fonctions ci-dessus, à l’exception de leur comportement fragile.
Matériaux pour implants
Il a été admis qu’aucun matériau étranger placé dans un corps vivant n’est complètement compatible. Les seules substances qui se conforment complètement sont celles fabriquées par le corps lui-même (autogènes) et toute autre substance reconnue comme étrangère, initie un certain type de réaction (réponse hôte-tissu). Les quatre types de réponses, qui permettent différents moyens de réaliser la fixation des implants au système musculaire squelettique, sont donnés dans la figure 1.
Figure 1. Classification des biomatériaux en fonction de leur bioactivité (a) implant dentaire en alumine bioinerte, (b) revêtement d’hydroxyapatite bioactif sur un implant dentaire métallique, (c) bioglass tensioactif et (d) phosphate tricalcique biorésorbable ( impant.
Classification des biomatériaux
Lorsqu’un matériau synthétique est placé dans le corps humain, les tissus réagissent vis-à-vis de l’implant de différentes manières selon le type de matériau. Le mécanisme d’interaction tissulaire (s’il existe) dépend de la réaction du tissu à la surface de l’implant. En général, il existe trois termes dans lesquels un biomatériau peut être décrit ou classé pour représenter les réponses des tissus. Il s’agit de bioinerte, biorésorbable et bioactif, qui sont bien couverts dans une gamme d’excellents articles de synthèse.
Bioinert Biomaterials
Le terme bioinerte se réfère à tout matériau qui, une fois placé dans le corps humain, a une interaction minimale avec son tissu environnant, des exemples de ces matériaux sont l’acier inoxydable, le titane, l’alumine, la zircone partiellement stabilisée et le polyéthylène de poids moléculaire ultra élevé. Généralement, une capsule fibreuse pourrait se former autour des implants bioinert donc sa biofonctionnalité repose sur l’intégration des tissus à travers l’implant (Figure 1a).
Biomatériaux bioactifs
Bioactif se réfère à un matériau, qui lors de son placement dans le corps humain interagit avec l’os environnant et dans certains cas, même les tissus mous. Cela se produit par une modification cinétique de la surface, dépendante du temps, déclenchée par leur implantation dans l’os vivant. Une réaction d’échange d’ions entre l’implant bioactif et les fluides corporels environnants entraîne la formation d’une couche de carbonate apatite (CHAp) biologiquement active sur l’implant, qui est chimiquement et cristallographiquement équivalente à la phase minérale de l’os. Les exemples principaux de ces matériaux sont l’hydroxyapatite synthétique, la vitrocéramique A-W et le bioglass® (Figure 1b et c)).
Biomatériaux biorésorbables
Biorésorbable se réfère à un matériau qui, lors de son placement dans le corps humain, commence à se dissoudre (résorbé) et est lentement remplacé par un tissu en progression (tel que l’os). Des exemples courants de matériaux biorésorbables sont le phosphate tricalcique et les copolymères d’acide polylactique-polyglycolique. L’oxyde de calcium, le carbonate de calcium et le gypse sont d’autres matériaux courants qui ont été utilisés au cours des trois dernières décennies (figure 1d).