Biomatériau

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Le développement des biomatériaux n'est pas un nouveau domaine des sciences, ils existent depuis déjà 50 ans environ. L'étude des biomatériaux est appelé science des biomatériaux. C'est un domaine excitant de la Science des matériaux ayant eu une forte et stable progression au cours de son histoire, notamment grâce à des industrie comme Smith et Nephew investissant de fortes sommes d'argent dans le développement de nouveaux produits. Les biomatériaux représente l'association de plusieurs domaines tel que la médecine, la biologie, la chimie et les sciences des matériaux.

Sommaire

[modifier] Définition

Une définition des biomatériaux est très difficile à énoncer, une définition souvent acceptée est :

« Un biomatériau est n'importe quel matériau, naturel ou non, comprenant entier ou partie d'une structure vivante ou d'un appareil biomédical qui exécute ou remplace une fonction naturelle. »

En 1987, Williams a défini un biomatériau comme :

Un matériau non viable utilisé dans un dispositif médical, destiné pour agir réciproquement avec des systèmes biologique[1]

Un biomatériau est essentiellement un matériau qui est utilisé et adapté pour les applications médicales. Ils peuvent avoir une fonction bénigne, comme être utilisé pour remplacer des valves du cœur, mais ils peuvent aussi être bioactif et utilisés à des fins plus interactives tel que des implants de hanche couvert d'une couche d'hydroxy-apatite (matériau composant les os, il permet une meilleure compatibilité avec les tissus du corps (la hanche de Furlong, par Joint Replacement Instrumentation Ltd, Scheffield en est un bon exemple - de tels implants sont en pleine évolution depuis les vingt dernières années). Par ailleurs, les biomatériaux sont aussi utilisé dans les applications dentaires, chirurgicale et la délivrance de produits médicamenteux (grâce à des outils introduit dans le corps et qui permettent de délivrer des substances médicales de manière prolongée). La définition d'un biomatériau n'inclut pas uniquement les biomatériaux artificiels qui sont construit à base de métaux ou de céramiques. Un biomatériau peut aussi être une autogreffe, allogreffe ou xenogreffe utilisé comme une transplantation de matériaux.

[modifier] Applications

Les biomatériaux ont plusieurs applications dans le domaine de la médecine, parmi celles-ci, nous pouvons trouver :

  • Ophtalmologie
    • Lentilles de contacts (elle sont souvent exclues du domaine en raison de leur faible temps de contact avec les tissus organiques du corps)
    • Implants
    • Coussinets de récupération
    • Produits visqueux de chambre postérieure
  • Odontologie - Stomatologie
    • Matériaux de restauration et comblement dentaire et osseux
    • Traitement prophylactiques
    • Orthodontie
    • Traitement du parondonte et de la pulpe
    • Implants
    • reconstruction maxilo-faciale
  • Urologie/Nephrologie
    • Dialyseurs
    • Poches, cathéters et tubulures pour dialyse péritonéale
    • Rein artificiel portable
    • Prothèses du pénis
    • Matériaux pour traitement de l'incontinence
  • Endocrynologie-Chronothérapie
    Un implant.
    Un implant.
    • Pancréas artificiel
    • Pompes portables et implantables
    • Systèmes de libération contrôlée de médicaments
    • Biocapteurs
  • Chirurgie esthétique
    • matériaux et implants
  • Chirurgie général et divers
    • Drains de chirurgie
    • Colles tissulaires
    • Peau artificielle
    • Produits de contraste
    • Produits pour embolisation
    • Produits pour radiologie interventionelle
[2]

Les biomatériaux sont compatibles avec le corps et il y a souvent des questions de biocompatibilités qui doivent être résolu avant que l'on puisse commencé à implanter ces produits sur le marché et que ceux-ci puissent être utilisé cliniquement. En raison de cela, les biomatériaux sont souvent soumis aux mêmes exigences que les nouvelles thérapie médicamenteuses. Toutes les entreprises du domaines sont elles aussi soumise à des exigences de traçabilité de tous leurs produits. Si un matériel défectueux est découvert, les autres de la même gamme seront eux aussi vérifiés.

[modifier] Les matériaux à vocation biomatériaux

Comme nous l'avons déjà dis dans l'introduction, les biomatériaux nécessites l'utilisation de tous les domaines des sciences des matériaux, il faut prendre en compte plusieurs paramètres de manière à ce que ces matériaux soit les plus adaptables possibles pour le corps. C'est la raison pour laquelle de nombreux test sont effectué avant leurs mises en service, le plus important est celui in-vitro qui est la condition indispensable à la validation de tel ou tel biomatériau. Dans cette partie, nous allons vous faire une description non exhaustive des matériaux utilisé dans le domaine biomédical et les problèmes rencontrés lors de leurs mise en fonction.

[modifier] Métaux et alliages métalliques

Les plus utilisés sont les aciers inoxydables, ils allient une bonne résistance à la corrosion et de bonnes propriétés mécaniques ce qui en font les matériaux les plus utilisé pour les biomatériaux. Il existe cependant quelques problèmes dus à ses matériaux et qui sont encore mal solutionnés. Parmi ceux-ci, nous pouvons compter :

  • La corrosion électrochimique et la durabilité, en effet l'inoxabilité d'un matériau n'est pas absolue, un matériau résiste à la corrosion mais ne l'empêche pas,
  • mécanismes de dégradation non électrochimiques incluant les interactions entre les protéines et le métal,
  • réactions immunitaires et d'hypersensibilité,
  • adaptation des propriétés mécaniques,
  • frottements et problèmes de débris.

[modifier] Céramiques

En ce qui concerne les biomatériaux, les matériaux les plus rencontrés sont l'alumine et la zircone. Ils sont principalement utilisés dans les têtes de hanche et pour les implants dentaires. Les principaux problémes rencontrés avec les céramiques sont :

  • L'activité de surface,
  • l'adhésion des protéines ou des cellules en surface,
  • la durabilité,
  • les mécanismes de dégradation,
  • la résistance à la fracture.

[modifier] Polymères

Il existe de nombreux matériaux polymères utilisés dans les biomatériaux. Les deux grandes tendances pour l'usage de ces matériaux concernent:

  • La recherche de polymères fonctionnels susceptibles d'avoir une fonction chimique à l'interface matériau-tissu vivant. C'est par exemple en fixant sur le polymère des particules ionisés permettant une meilleure reconstruction osseuse ou ligamentaire. Cette fonctionnalité peut aussi prendre source dans la modification de l'état de surface du polymère.
  • La recherche de polymères résorbables tels que les copolymères d'acide lactique et glycolique utilisables en chirurgie orthopédique et traumatologique, ou les polyanhydrides ou les polyaminoacides qui sont utilisés dans les formes retard de médicaments.

Il existent plusieurs problèmes à l'application des polymères dans le biomédical et pas seulement issus de la compatibilité avec le corps, on peut citer :

  • Instabilité au rayonnement gamma,
  • réactivité à certains types de médicaments,
  • calcification (dépôt et fixation de dépôts calcaires dans les tissus organiques),
  • risques liés aux additifs, aux composants de bas poids moléculaire, aux produits la dégradation in vivo, aux produits résiduels de stérilisation,
  • manque de bases de données pour évaluer les propriétés de surface, les réactions de biocompatibilité, la mutagénicité/carcinogénicité, etc.

Les polymères par la nature de leur construction moléculaire à base de répétition, sont des candidats futur pour l'élaboration de prothèses permanente ou temporaires sophistiqués ou pour le remplacement des matériaux actuellement d'origine naturelle.

[modifier] Matériaux d'origine naturelle

Les chercheurs utilisent également des matériaux d'origine naturelle afin de fabriquer des biomatériaux. Parmi tous ces matériaux utilisés, les plus courant sont :

  • les tissus biologiques : valves porcines, carotide de bœuf...
    Un corail rouge.
    Un corail rouge.
  • la chitine : extrait des coquilles de crabe pour la chirurgie reconstructive et la peau artificielle;
  • les fucanes : extraits des algues marines utilisés dans les anticoagulants en autres;
  • la cellulose : utilisée pour les membranes de dialyse ou comme ciment de prothèse de hanche;
  • le corail : utilisé en chirurgie orthopédique et maxillo-faciale;
  • le collagène : extrait de la peau animale ou du placenta humain et utilisé pour
    • cosmétologie et chirurgie esthétique
    • pansements et éponges hémostatiques
    • reconstitution de tissus mous et durs
    • peau artificielle

[modifier] Conclusion

Dans le combat pour l'augmentation de la durée de vie du corps humain, le biomatériau est l'alternative la plus convoité par les médecins. Ce domaine de la science des matériaux subit donc une grande évolution. Dans ce cadre, il est nécessaire de former des spécialistes ayant une bonne vision du corps humain et de ses exigences mais aussi une très bonne connaissance de tous les domaines des sciences des matériaux. Le domaine de la science biomédicale est donc un domaine pour lequel les exigences vont être de plus en plus importante dans la course à l'augmentation de la durée de vie des êtres humains.

Actuellement plusieurs laboratoires travaillent dans le domaine sur le territoire français, on peut compter parmi eux :

  • Laboratoire de Recherche sur les Biomatériaux et les Biotechnologies - LR2B - UPRES EA 2603 - Inserm ERI 002 (Equipe Région Inserm)- Côte d'Opâle
  • Unité de recherche U577 Biomatériaux et réparation tissulaire - Université Victor Segalen Bordeaux 2
  • La fédération biomatériaux Nord/Pas de Calais

[modifier] Références

  1. ↑ Ratner, BD et al. Biomaterials Science 2nd Edition. Elsevier academic press. 2004. p2
  2. ↑ Rapport réalisé sous la corresponsabilité de Laurent SEDEL, président de l'intercommission n°1 de l'INSERM -Faculté de médecine Lariboisière- Paris et Christian JANOT, professeur à l'université Joseph Fourier -ILL- Grenoble