Projet ANR-13-BSV5-0002 – Céram-Os : Fonctionnalisation biologique de céramiques poreuses en hydroxyapatite silicatée pour l'ingénierie tissulaire osseuse
Programme : Blanc - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Eric CHAMPION (Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface, Université de Limoges, CNRS, UMR 7315)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire Georges Friedel; Laboratoire public; Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles; Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface
Montant : 414985.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : La réparation de grandes pertes de substance osseuse résultant de traumatismes, maladies, etc, est une difficulté clinique importante. Les solutions actuelles font appel aux autogreffes, aux allogreffes ou aux biomatériaux synthétiques mais aucune d’elles n’est réellement satisfaisante. 
Les céramiques en hydroxyapatite phosphocalcique Ca10(PO4)6(OH)2 -HAC- sont employées comme substituts osseux synthétiques depuis plus de 30 ans. Leurs propriétés biologiques (i.e. ostéoconduction) ont conduit à l’implantation de pièces poreuses dont le réseau de pores interconnectés est colonisé par des tissus osseux néoformés. Cependant, la formation naturelle de ces tissus est limitée à de petites dimensions (jusqu’à environ 1 cm de l’apposition osseuse). Elle doit donc être stimulée biologiquement pour étendre les applications des HAC à la réparation de grands défauts osseux.
Le projet Céram-Os, d’ingénierie des tissus osseux, porte sur le développement d’une nouvelle génération de céramiques implantables ostéoinductrices, capables de préserver le volume et la forme à restaurer, de guider et activer la repousse osseuse et l’invasion vasculaire. Il implique quatre partenaires académiques complémentaires dans une recherche fondamentale multidisciplinaire sur les domaines des procédés céramiques, de la chimie bio-organique, de la biologie cellulaire et de la chirurgie. La stratégie est de fonctionnaliser les HAC par une séquence peptidique de la protéine morphogénétique osseuse humaine recombinante (rh-BMP2) qui induit l’ostéogénèse et stimule la prolifération de cellules periostéales. Le peptide sera immobilisé à la surface des céramiques via un lien organique dégradable permettant la libération contrôlée de la molécule active.
Le projet comporte quatre objectifs principaux :
(i) Fabrication de céramiques en hydroxyapatite partiellement substituée par du silicium Ca10(PO4)5.6(SiO4)0.4(OH)1.6 (SiHAC).
La poudre sera précipitée en voie aqueuse. Les pièces seront mises en forme par réplique puis consolidées par frittage. Le silicium substitué au phosphore dans l’hydroxyapatite fournira des sites préférentiels pour le greffage du peptide via des liaisons Si-O-Si.
(ii) Biofonctionnalisation des biocéramiques
La fonctionnalisation sera réalisée par silanisation de la surface des céramiques. L’organosilane sera couplé à un agent de liaison lui-même lié à un polymère dégradable supportant le peptide. 
(iii) Evaluation in vitro de la bioactivité des SiHAC fonctionnalisées et des caractéristiques de libération du peptide.
L’activité biologique du peptide immobilisé sera étudiée avec deux lignées cellulaires complémentaires réactives à la BMP (C3H10-BRE-Luc et C2C12). Sa cinétique de libération et sa bioactivité seront évaluées en milieu de culture. Ses évaluations incluront la validation du protocole de stérilisation.
(iv) Evaluation biologique in vivo des dispositifs poreux fonctionnalisés.
Le potentiel ostéogénique des dispositifs fonctionnalisés et la relation dose-réponse du peptide seront évalués après implantation sous-cutanée chez le rat. La colonisation osseuse des implants préparés dans différentes conditions (e.g. HAC seule, fonctionnalisée par adsorption de rh-BMP2 et fonctionnalisée par greffage du peptide) sera quantifiée par histomorphométrie et micro-CT.
Notre stratégie repose sur le potentiel ostéogénique et vasculogénique de la protéine rh-BMP2 associé aux propriétés ostéoconductrices des HAC macroporeuses. Outre le support  (taille et forme), la céramique fournira la stabilité et la rigidité mécaniques nécessaires pour une bonne reconstruction de l’os. La biofonctionnalisation permettra la libération contrôlée du peptide (vitesse, dose).  
Le développement de cette nouvelle génération de biocéramiques ostéoinductrices constituera une avancée majeure vers les matériaux « intelligents » pour une ostéointégration accrue des implants et fournira une solution adaptée pour le comblement et la réparation de grands défauts osseux.