Brevet FR2470605A1 — publié le 19810612

La présente invention concerne les techniques médicales, et plus précisément, les matières biodégradables pour éléments d'assemblage de tissus osseux0 Cette matière biodestructible trouvera des applications dans les techniques médicales pour la confection des éléments d'assemblage nécessaires pour fixer les parties des os dans la réduction des fractures On utilise actuellement dans la pratique médicale des éléments d'assemblage confectionnés en alliages métalli- ques. Toutefois les éléments d'assemblage réalisés en métaux ont plusieurs inconvénients. Ceci est lié d'abord à la nécessité d'effectuer une nouvelle opération visant à les extraire après l'achèvement de la régénération du tissu osseux. En outre la mise en oeuvre des alliages métalliques conduit souvent à une réaction manifeste du tissu osseux et, dans le cas des alliages décrit vés du magnésium, il est possible que des produits gazeux ainsi que des produits toxiques soient libérés. On connatt déjà des tentatives visant à utiliser pour les éléments d'assemblage de tissu osseux des matières polymères, notamment du polyméthacrylate de méthyle (I.I.Blumine, A.V. Kheifits, Vestnik Khirurgii i anestesiologii, 1955, 11, p. 80 à 83). Toutefois la mise en oeuvre du poly- méthacrylate de méthyle ne permettait pas d'obtenir les caractéristiques de résistance mécanique suffisamment élevées imposées auxdits éléments d'assemblage et, en outre, la ma tière elle-mtme ne se résorbait pas dans l'organisme ce qui exigeait d'effectuer une seconde opération visant à extraire l'élément a 'assemblage. On connaît d'autre part des tentatives pour utiliser comme matière d'éléments d'assemblage de tissu osseux des fractions protidiques du sang humain (G.V0Golovine0 Pro- blèmes de chirurgie plastique, de traumatologie et d'ortho- pédien Sverdlovsk, 1957, 6, 211-2l7)o Toutefois cette matière présente des caractéristiques physico-chimiques trop faite bles, alors que son temps de résorption dans l'organisme est légèrement inférieur au temps de régénération du tissu osseux la mise en oeuvre de matières composées d'une ar mature renforçatrice sous forme de fibres ou de tissu, no tamment de fibres de verre, de fibres de charbon, de tissu de verre, et d'un liant polymère, notamment un polyester insaturé, un époxyde, un polyamide, etc...,pour les éléments d'assemblage de tissu osseux n'a pas donné de résultats positifs malgré leurs hautes caractéristiques, car ces matières ont présenté des propriétés toxiques ou bien ne se résorbaient pas dans l'organisme. Le but de la présente invention consiste à creer une matière biodégradable pour éléments d'assemblage qui soit capable de se résorber graduellement dans l'organisme dans des délais requis, qui ne soit pas toxique et qui possède des caractéristiques physieo-mécaniques permettant de réaliser une fixation fiable des fragments de tissus osseux. Suivant l'invention, on propose une matière biodégradable pour éléments d'assemblage de tissu osseux comportant une matrice en polymère atoxique, résorbable, constitué par des motifs hydrophiles et hydrophobes et un constituant formant armature réalisé en fibres ou fils atoxiques qui se résorbent au sein de l'organisme. On peut utiliser comme votifs hydrophiles entrant dans le polymère de la matrice des motifs de N-vinylpyrrolidone, d'acrylamide, de vinylcaprolactame, d'éther monométhacrylique, d'éthylène-glycol, de méthacrylamide, d'acide acrylique ainsi que des motifs d'autres composés qui forment des polymères atoxiques, hydrosolubles ou gonflant de façon illimitée dans l'eau. On peut utiliser comme motifs hydrophobes entrant dans le polymère de la matrice des actifs de méthacrylate de méthyle, de méthacrylate de butyle, d'acétate de vinyle, d'alpha-éthoxycyanoacrylate, dtacrylate d'éthyle ainsi que des motifs d'autres composés qui forment des polymères ato xiques, non hydrosolubles. Comme fibres composant le constituant formant armature de la matière, il est possible d'utiliser des fibres synthétiques atoxiques ou des fils en polyamide oxycellulose, alcool polyvinylique, ou leurs mélanges, ainsi que des fibres ou des fils naturels non toxiques qui se résorbent au sein de l'organisme, notamment des fils ou des fibres de catgut, de collagène, de dextrane et autres fils et fibres analogues Comme il a été indiqué plus haut, la présente in- vention a pour objet une matière biodestructible pour l'as semblage de tissus osseux qui, suivant l'invention, comporte une matrice en polymère atoxique formé de motifs hydrophiles et hydrophobes et un constituant formant armature en fils ou fibres atoxiques qui se résorbent au sein de l'organisme On prépare ledit polymère suivant une technologie connue, c' est-à-dire en polymérisant ou copolymérisant des monomères hydrophiles -ou hydrophobes de départ au sein de solvants inertes, notamment le benzène et le toluène, en pré- sence d'initiateurs de polymérisation radicalaire, notamment du dinitrile d'acide azo-bis-isobutyrique ou d'acide azo-4,4 bis (cyaeo-4 pentanoique). Il est avantageux que le polymère re fini contienne de 20 à 40 % en poids de motifs hydrophiles. C'est dans ce cas que l'on obtient les meilleurs résultats. Si la teneur du polymère en motifs hydrophiles est inférieure à 20 % le polymère aura une aptitude moindre à la biodégradation au sein de l'organisme vivant. Bar contre une augmentation de la teneur en motifs hydrophiles du polymère de la matrice au dessus de 40 % entraîne un plus fort gonfle- ment de la matière et ne permet pas de maintenir les caracté- ristiques de résistance mécaniques au cours de la consolida- tion des fragments osseux. La préparation de la matière biodégradable consiste à dissoudre le polymère de départ dans un solvant -organique inerte, notamment l'acétone, le toluène ou l'acétate d'éthyle, et à imprégner avec la solution de polymère les fils ou les fibres du constituant formant armature, après quoi on les sèche jusqu'à disparition pratiquement totale du solvant Le poids de la matrice peut se trouver dans les limites de 20 à 50 % en poids alors que le poids du constituant formant armature peut être compris entre 50 et 80 % en poids. Ces pro- portions relatives en poids de la matrice et du constituant formant armature ont été choisies de manière à garantir les caractéristiques physîco-mécaniques requises de la matière, répondant aux impératifs imposés aux éléments d'assemblage destinés à réunir des parties d'os en cas de lésions au de fractures des os. La matière biodégradable selon l'invention présente les avantages suivants 1, Elle exclut toute opération complémentaire d'es- traction d'un élément d'assemblage0 2. selle permet de faire varier les dimensions de l'élément d'assemblage directement pendant l'opération par son traitement (usinage) mécanique conformément aux particularités individuelles des fragments osseux à fixer et elle ne limite pas la mobilité des articulations adjacentes aux fragments pendant la période de consolidation. Pour confectionner des eléments d'assemblage, notamment des chevilles, agrafes ou tiges, on place la matière biodégradable dans un moule et on la comprime en la chauffant à 200 OC, sous une pression allant jusqu'à 300 kgf/cm2. . A- près le refroidissement du moule, on purge la pression et on décoche l'ouvrage fini. Il est recommandé d'utiliser une matière biodégradable dont la matrice est un copolymère formé par du méthacrylate de méthyle et de la N-vinylpyrrolidone, alors que le constituant formant armature est en-fibre de polyamide. les matières premières de ce produit -sont largement accessibles dans le commerce et les caractéristiques physico-mécaniques de la matière répondent aux impératifs requis. D'autres caractéristiques et avantages de la pre- sente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples non limitatifs illustrant la composition de la matière et ses propriétés physico-mécaniques. EXEMPLE 1. On imprègne 28,8 grammes de fibre de polyamide par une solution acétonique contenant 11,2 grammes de copolymère méthacrylate de méthyle/ N-vinylpyrrolidone, la teneur du copolymère en N-vinylpyrrolidone étant de 31,2 % en poids. À- près l'imprégnation on sèche la fibre jusqu'à disparition complète du solvant. On place la matière obtenue dans un moule de compression et on la comprime à la température de 160 OC et sous une pression de 280 kgf/cm2 . Après le refroidissement du moule jusqu'à 40 C on purge la pression, on démonte le moule et on extrait l'ouvrage. Dans l'exemple considéré, l'ouvrage est une cheville de 12 mm de diamètre et de 410 mm de longueur ayant les caractéristiques suivantes charge de rupture à la flexion 2 700 kgf/cm2 module d'élasticité à la flexion 45 200 kgf/cm2 période de résorption au sein de l'organisme environ 2 ans temps de fixation fiable des fragments 8 à 9 mois EXEMPLE 2. On effectue la préparation d'une matière biodégradable et la confection à partir de cette matière de l'élément d'assemblage comme décrit à l'exemple 1, à cette différence près que, pour préparer la matière, on utilise 8 grammes de copolymère méthacrylate de méthyle/N-vinylpyrrolidone et 32 grammes de fibre de polyamide. l'élément d'assemblage con sectionné (une cheville ayant les mêmes dimensions. qu'à l'e- xemple 1) a les caractéristiques suivantes charge de rupture à la flexion 2 400 kgf/cm2 module d'élasticité à la flexion 32 600 kgf/cm2 période de résorption au sein de l'organisme environ 2 ans temps de fixation fiable des fragments 8 à 9 mois. EXEMPLE 3. On effectue la préparation d'une matière biodégradable et la confection à partir de cette matière d'un élément d'assemblage comme décrit à l'exemple 1, mais à cette différenon près que l'on utilise pour la préparation de la matière re 20 grammes d'un copolymère méthacrylate de méthyle/N-vi- nylpyrrolidone et 20 g de fibre de polyamide l'élément das- semblage préparé en cette matière (qui est une cheville ayant les mêmes dimensions qu'à l'exemple 1) a les caractéristiques suivantes charge de rupture à la flexion 2 610 kgXcm2 2 module d'élasticité à la flexion 39 400 kgjcm période de résorption au sein de l'organisme environ 2 ans temps de fixation fiable des fragments 8 à- 9 mois. EXEMPLE 4. On utilise pour la confection d'un élément d'assemblage une matière biodégradable contenant 30,1 grammes de copolymère méthacrylate de méthyle/N-vinylpyrrolidone (teneur en N-vinylpyrrolidone : 39,6 ffi en poids) et 66,9 grammes de fibre de carboxyéthylcellulose (taux de polymérisation 350). L'élément d'assemblage (qui est une cheville de 13 mm de dia- mètre et de 415 mm de longueur) est confectionné comme décrit à l'exemple 1. La cheville a les caractéristiques suivantes charge de rupture à la flexion 1 890 kgf/cm2 module d'élasticité à la flexion 25 000 kg/cm2 période de résorption au sein de l'organisme 1,7 année temps de fixation fiable des fragments 4,5 à 6 mois. EXEMPLE 5. On effectue la préparation d'une matière biodégradable et la confection à partir de ladite matière d'un élément d'assemblage comme décrit à l'exemple 1, à cette diffé- rence près que, pour préparer cette matière, on utilise 28,2 grammes de copolymère méthacrylate de méthyle/N-vinylpyrrolidone (la teneur en N-vinylpyrrolidone est de 33,6 P en poids), 64,7 de fibre de polyamide et 4,1 grammes de fibre de carboxyméthylcellulose. La cheville confectionnée en cette matière, dont les dimensions sont comme dans l'exemple 4, a les caractéristiques suivantes charge de rupture à la flexion 2 840 kgfiem2 module d'élasticité à la flexion 25 000 kgf/cm2 période de résorption au sein de l'organisme 1 an et 9 mois temps de fixation fiable des fragments 5 à 7 mois. EXEMPLE 6. On effectue la préparation d'une matière biodégradable et la confection à partir de cette matière d'un élé- ment d'assemblage comme a l'exemple 1, à cette différence près que, pour préparer la matière, on utilise 20,1 grammes de copolymère méthacrylate de méthyle/N-vinylpyrrolidones (teneur en N-vinylpyrrolidone : 35,2 % en poids), 12,7 grammes de fils de catgut et 38,2 grammes de fibre de polyamides la cheville fabriquée en cette matière (ayant des dimensions suivant l'exemple 1) a les caractéristiques suivantes charge de rupture à la flexion 2 160 kgf/cm2 module d'élasticité à la flexion 9 800 kgf/cm période de résorption au sein de l'organisme 1,4 ans temps de fixation fiable des fragments 3 à 5 mois EXEMPLE 7 On effectue la préparation d'une matière biodégra- dable et la confection à partir de cette matière d'un élé- ment d'assemblage comme à l'exemple 1, à cette différence près que, pour préparer la matière, on utilise 20,1 grammes de copolymère méthacrylate de butyle/N-méthylpyrrolidone et 69,2 grammes de fibre de polyamide la cheville d'assemblage confectionnée à partir de cette matière a les caractéristi- ques suivantes charge de rupture à la flexion 1 920 kgf/cm2 module d'élasticité à la flexion 9 200 kgf/cm2 période de résorption au sein de l'organisme 2,7 ans temps de fixation fiable des fragments 9 mois EXEMPLE 8. On effectue la préparation d'une matière biodégra- dable et la confection à partir de cette matière d'un élement d'assemblage comme à l'exemple 1, à cette différence près que, pour préparer la matière, on utilise 32 grammes de copolymère acrylamide-acrylate d'éthyle (teneur en acrylamide : 22 % en poids) et 69 grammes de fibre de carboxy- éthylcellulose. La cheville d'assemblage confectionnée à partir de cette matière a les caractéristiques suivantes : charge de rupture à la flexion 1 790 kgf/cm2 module d'élasticité à la flexion 8 700 kgf/cm2 période de résorption au sein de 11 organisme 1,3 ans temps de fixation fiable des fragments 3 à 5 mois. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Matière biodégradable pour éléments d'assemblage de tissus osseux, caractérisée en ce qu'elle comporte une matrice en polymère atoxique résorbable comprenant des motifs hydrophiles et hydrophobes et un constituant formant armature en fibres atoxiques, résorbables au sein de l'orga- nisme. 2 - Matière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le polymère de la matrice contient de 20 à 40g0 en poids de monomère hydrophile. 3 - ratière suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les motifs hydrophiles entrant dans le po- lymère de la matrice sont des motifs de N-vinylpyrrolidone ou d'acrylamide. 4 - matière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les motifs hydrophobes entrant dans le polymère de la matrice sont des motifs d'acrylate d'alcoyle. 5 - matière suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'acrylate d'alcoyle est le méthacrylate de méthyle. 6 - ratière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le constituant formant armature est formé de fibres ou de fils de polyamide, d'oxycellulose, d'alcool polyvinylique ou de leurs mélanges. 7 - matière suivant ltune quelconque des revendications 1 a 5, caractérisée en ce que la matrice est réalisée en copolymère méthacrylate de méthyle/N-vInylpyrrolidone dans lequel la proportion de N-vinylpyrrolidone est de 25 à 28 % en poids tandis que le constituant formant armature est en fibre de polyamide. 8 - Matière suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la matrice est présente en une proportion de 20 à 50 0 en poids tandis que le constituant formant armature est présent à raison de 50 à 80 fo en poids.