Brevet FR2516796A1 — publié le 19830527

La présente invention concerne des compositions pour ciment chirurgical à base d'au moisi un monomère acrylique et d'au moins un polymère acrylique. Il est connu, en vue d'obtenir un ciment chirurgical, de mélanger C 1 une phase solide constituée d'une poudre de polyméthacrylate de méthyle ec un sirop constitué d'une poudre de polyméthacrylate de méthyle en solu- ion dans du méthacrylate de méthyle, puis de faire durcir le mélange à l 'aide d'un catalyseur de polymérisation Le catalyseur peut être présent dlans la poudre de polymëthacrylate de méthyle constituant la phase solide. I Ainsi le brevet français n 2 418 253 décrit un ciment applicable en iiirurgie osseuse et t;en stomatologie, préparé à partir de 35 à 70 % en poids d'une phase polymère acrylique solide contenant un catalyseur de pr. olv}lrisation et de 30 à 65 % en poids d'unle phase liquide visqueuse :,âprenant de 15 à 35 % en poids d'tn pol imre acrzlique en solution dans aiu oins 65 % ern poids d'um monomère acrylique. Il est d'autre part comnu par le brevet français n 2 277 856 d'ubtenir une composition de moulage pour la fabrication de prothèses lcntaires, par mélanlge de 70 à 75 % d'une poudre contenant 60 à 90 % de polm) Téthacrylate de méthyle et 10 à 40 % O de polyacrylate de 2-éthylhexyle, et Je 20 -) 25 % de méthacryla-re de méthyle Le durcissement a lieu à 100 C mn présence d'un catalyseur de polymérisation Ce brevet enseigne également I '-tdjonlctien au mélange d'un suppresseur de pic exothermique qui est, en païticu 1 lier, le dipentène utilisé à raison de 0,01 % en poids par rapport :u méthacrylate de méthyle m-,snoxrière. Les compositions selon l'art antérieur ne sont pas satisfaisantes, soit que leur durcissement soit trop exothemnique comme dans le premier documnent cité, soit que leur temps de durcissement total après mélange à tenmpérature ambiante soit trop long corm, e dans le second document cité o On a maintenant trouvé unae composition pour ciment chirurgical dont la durée pratique d'utilisation est remarquablement courte (généra- lement inférieure a 12 minutes) et dont la température maximale atteinte pendant la polymérisation est couramment inférieure à 55 C. La présente invention a pour objet une composition pour ciment chirurgical comprenant: " 35 d'une part une poudre contenant de 50 à 70 parties en poids d'au moins un polymère acrylique de granulométrie comprise entre 20 et 150 microns et comprenant en outre un initiateur de polrymirisation, et d'autre part une phase liquide contenant de 30 à 50 parties en poids d'un mélange comprenant au mioins 65 %' an poids d'au moins un toonone-re acrylique, et jusqu'à 35 % en poids d'au moins un polymère acrylique, ladite phase liquide comprenant en outre au moins un activateur de polymérisation, caractérisée en ce que ladite phase liquide comprend en outre de 0,05 à 1 % en poids, par rapport à la quantité totale de monomère acrylique, d'au moinsun limiteur de chaîne choisi parmi les terpènes monocycliques di- insaturés et les terpènes bicycliques monoinsaturés. On entend par polymère acrylique un produit obtenu par homo- polymérisation d'un monomère acrylique ou par copolymérisation d'un mono- I mè,re acrylique avec au moins un second monomère acrylique et/ou un comono- mère tel que le styrène, l'acrylonitrile, les esters vinyliques tel que l'acétate de vinyle On entend par monomère acrylique un ester de l'acide acrylique ou de l'acide méthacrylique avec un alcool comprenant de 1 à 8 atomes de carbone On utilise avantageusement de façon principale le méthacrylate de méthyle d'une part pour la fabrication de la poudre de polymère acrylique et d'autre part comme constituant de la phase liquide. Le polymère acrylique est préparé par polymérisation d'un monomère acryli- que en présence, le cas échéant, d'au moins un autre monomère, par tout moyen connu, par exemple en suspension Les perles obtenues de cette façoon, ou bien par broyage cryogénique de polymère préparé en masse, sont tamisées de façon à ne conserver essentiellement que la fraction dont la granulométrie est comprise entre 20 et 150 microns La granulométrie du polymère acrylique ne doit, en effet, pas être quelconque Les particules inférieures à 20 microns conduisent à un épaississement très rapide de la composition qui retient ainsi de l'air occlus et conduit à une struc- ture hétérogène Les particules supérieures à 150 microns se dissolvent mal dans le monomère acrylique alors que la polymérisation de ce dernier commence, conduisant ainsi à une structure également hétérogène. La poudre contient un homopolymère acrylique ou un copoiymère acrylique ou bien un mélange d'homopolymères et/ou de copolymères acryli- ques La masse moléculaire moyenne du polymère aczrylique est avantageuse- ment comprise entre 200 000 et 600 000. La poudre contenant au moins un polymère acrylique comprend un initiateur de polymérisation connnu tel qu'un peroxyde minéral ou organique ou l'azobisisobutyronitrile (AIBN) ou un photoinitiateur On utilise avantageusement le peroxyde de benzoyle, éventuellement phlegmatisé à l'aide de 15 à 50 % d'eau. L'initiateur peut être ajouté à la poudre de polymère acrylique ou bien être déjà présent dans celle-ci si on en a utilisé un excès lors de la polymérisation. Le mélange contenu dans la phase liquide comprend au moins 65 % en poids d'au moins un monomère acrylique Ledit mélange peut être unique- ment constitué d'un monomère ou d'un mélange de comonomères auquel on ajoute un activateur de polymérisation et au moins un terpène monocyclique diinsaturé ou bicyclique monoinsaturé. Avantageusement le mélange forme un sirop comprenant au moins un monomère acrylique et au moins un polymère acrylique La granulométrie du polymère à dissoudre dans le monomère n'est pas critique; il suffit de s'assurer que la solution obtenue est homogène Le polymère utilisé est semblable ou différent de celui qui est contenu dans la poudre et sa masse moléculaire moyenne est avantageusement comprise entre 100 000 et 400 000. La phase liquide peut également contenir un monomère polyinsaturé en faible quantité (de 0,1 à 2 parties pour 100 parties de monomère acrylique) choisi avantageusement parmi les esters de l'acide acrylique ou de l'acide méthacrylique et de polyols On utilise par exemple le dimétha- crylate d'éthylène-glycol, le triméthacrylate de triméthylolpropane. L'activateur de polymérisation ajouté à la phase liquide est choisi parmi les produits connus pour accélérer les polymérisations radi- calaires en présence de radicaux libres On choisit avantageusement une amine tertiaire, de préférence comportant au moins un noyau aromatique telles les N,N-dialkylanilines et les N,N-dialkylparatoluidines, et par exemple la N,N-diméthylparatoluidine en une quantité comprise entre 1 et % en poids par rapport à la quantité totale de monomère contenu dans la phase liquide. Le limiteur de chaîne est choisi parmi les terpènes monocycliques diinsaturés telsque le limonène, le 3,8-paramenthadiène, 1 'o phellandrène, le 3 -phellandrène, l'o -terpinène, le 3 -terpinène, le y terpinène, le terpinolène, l'isoterpinolène et parmi les terpènes bicycliques monoinsa- turés tels que le sabinène et lep -pinène. On utilise avantageusement le terpinolène en une quantité compri- se, de préférence, entre 0,2 et 0,9 % en poids par rapport à la quantité totale de monomère acrylique. On a constaté qu'il faut non seulement que le terpène présent lors de la prise du ciment chirurgical agisse comme suppresseur de pic de façon à empêcher une exothermie préjudiciable aux tissus organiques à son contact mais également qu'il doive être présent en une quantité telle qu'il agisse réellement comme un limiteur de chaîne c'est-à-dire qu'il évite, lors de la polymérisation du monomère acrylique en présence de 16796 polymère acrylique, la formation de macromolécules à chaînes longues donc de masse moléculaire élevée -De cette -façon la prise du ciment chirurgical selon la présente invention a lieu à une température qui n'excède pas 550 C lorsque le mélange de la poudre et de la phase liquide (environ 70 à 80 g S de masse totale) est effectué à la température ambiante (environ 18 à 20 'C) et que le durcissement a lieu à la température normale du corps humain (environ 37,2 C) Même avec une exothermie aussi peu importante il est étonnant de constater que le taux de conversion maximal du monomère est obtenu en un temps remarquablement court (généralement inférieur à 12 minutes). On a en outre constaté que l'activateur renforce la fonction de limiteur de chaîne du terpène utilisé Ainsi, partant d'une composition donnée il est possible de diminuer la température maximale atteinte par le mélange soit en ajoutant une quantité supplémentaire de terpène soit en ajoutant une quantité supplémentaire d'activateur L'addition simultanée d'une quantité supplémentaire de chacun de ces constituants a pour effet - de diminuer de façon encore plus sensible l'exothermie de la polymérisation. Cette constatation est particulièrement surprenante dans la mesure o l'activateur, utilisé seul, ne possède pas de fonction de limiteur de chaîne et/ou de suppresseur du pic exothermique. La présente invention est secondairement caractérisée en ce que la phase liquide peut contenir un stabilisant en une quantité comprise entre 0,001 et 0,03 % en poids par rapport à la quantité totale de monomère acrylique Ce stabilisant a pour rôle d'empêcher la polymérisation pré- maturée du monomère acrylique Il est choisi avantageusement parmi les monophénols alkyl substitués et tel que par exemple le 6-tertiobutyl-2,4- d méthylphénol. Les compositions peuvent également comprendre d'autres ingré- dients dont les fonctions sont diverses Ainsi la poudre peut contenir de 30 à 50 % en poids d'une ou plusieurs charges inertes destinées à augmenter la résistance à la compression du ciment obtenu et à diminuer le retrait au cours de la polymérisation On utilise par exemple une apatite comme l'hydroxyapatite la silice, l'alumine, la vitro-céramique, des fibres de carbone, d'aramide, de verre ou de bore, des fibres métalliques, par exem- ple en acier inoxydable, tantale ou titane On peut également utiliser une charge inerte organique, insoluble dans le monomère contenu dans la phase liquide Un exemple d'une telle charge est constitué par un homopolymère ou copolymère acrylique de masse moléculaire moyenne très élevée (généra- lement supérieure à 600 000) se présentant sous la forme de poudre ou de billes de granulométrie comprise entre 10 et 500 microns La présence d'une telle charge augmente la résistance mécanique du ciment obtenu. Les compositions selon l'invention peuvent également contenir des charges bioabsorbables, par exemple des polymères qui peuvent être résorbés dans le temps et assimilés par l'organisme Y exemple d'une telle charge est constitué par du sérum physiologique épaissi à l'aide d'un polysaccharide (glucane, xanthane, chitine) qui, après résorption, laisse en place une structure microporeuse favorable à la réhabitation par l'os. La poudre peut également contenir des charges opaques aux rayons X comme le sulfate de baryum ou l'oxyde de zirconium, des colorants, par exemple Fe 203 Les compositions selon l'invention peuvent, si nécessaire, également contenir un ou plusieurs antiseptiques ou bien un ou plusieurs antibiotiques, par exemple un aminoglucoside. Un autre objet de la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un ciment chirurgical caractérisé en ce qu'on coule dans un espace destiné à la mise en place d'une prothèse, à une température comprise entre environ 10 et 300 C, une composition telle que décrite ci- dessus. Les deux constituants de la composition (la poudre d'une part et la phase liquide d'autre part) sont mélangés dans des proportions telles que les quantités relatives de polymère acrylique d'une part et de mélange contenu dans la phase liquide, d'autre part soient respectées. On obtient une pâte lisse et homogène Cette pâte est ensuite mise en place dans l'espace laissé libre, par exemple par l'ablation du col d'un fémur, et on procède alors à la mise en place dans cette pâte de la prothèse, généralement métallique, destinée à remplacer le col du fémur. Après 8 à 10 minutes, la température au sein du ciment chirurgical atteint 22 à 25 'C et la composition durcit en un temps total, depuis le mélange de la poudre et de la phase liquide, de 12 à 15 minutes en atteignant une température de 40 à 45 'C. Les compositions selon l'invention peuvent bien entendu être utilisées dans d'autres applications o la température maximale admise lors d'une intervention chirurgicale (généralement 560 C) peut être dépassée C'est le cas par exemple de la confection des prothèses dentaires. Les exemples suivants, non limitatifs, ont pour but d'illustrer l'invention. EXEMPLES 1 à 30 Dans tous ces exemples, le mode opératoire suivant a été utilisé: On prépare d'une part une poudre composée de: Polyméthacrylate de méthyle de granulométrie comprise entre 20 et 150 microns 43 g Oxyde de zirconium 5 g Peroxyde de benzoyle à 85 % en poids, phlegmatisé à l'eau 0,56 g On prépare d'autre part une phase liquide contenant 22 g de méthacrylate de méthyle ainsi que du terpinolène et de la N,N-diméthyl- paratoluidine (N,N-DMP Tr) selon les quantités indiquées ci-après - Au temps t = 0 la phase liquide est ajoutée à la poudre à la température de 18 C On mélange à l'aide d'une spatule pendant 1,5 mn et coule le mélange obtenu dansun moule parallélépipédique de dimensions x 4,5 x 3,5 cm-et on note la température maximale atteinte par le mélan- ge. EXEMPLES 1 et 2 (comparatifs) La phase liquide ne contient pas de terpinolène Elle contient 0,33 g (exemple 1) ou 0,99 g (exemple 2) de N,N-U 4 PT Les températures maximales atteintes sont de 101 C (exemple 1) et 98 C (exemple 2). EXEMPLES 3 à 30 La phase liquide contient les quantités de terpinolène et de N,N-DMPT mentionnées au tableau I La température maximale atteinte par le mélange est indiquée également dans ce tableau I Dans le tableau I la numérotation des exemples doit être comprise de gauche à droite. On constate que la température atteinte par un mélange donné *est inférieure à celle atteinte par un mélange contenant une teneur inférieure en terpinolène, la teneur en N,N-DMPT étant identique; elle est également inférieure à celle atteinte par un mélange contenant une teneur inférieure en N,N-D 4 PT, la teneur en terpinolène étant identique. On a constaté d'autre part que, pour une teneur en terpinolène donnée, le fait d'augmenter la teneur en N,N-IIPT conduit à un temps d'obtention de la température maximale plus court, bien que cette tempé- rature maximale soit inférieure. Ainsi dans l'exemple 24 le temps mis par le mélange pour atteindre 62,5 C est de 26 mn; il n'est que de-16 mn pour atteindre 42 C dans l'exemple 30. EXEMPLES 31 à 42 On a utilisé les mêmes constituants qu'aux exemples 1 à 30 pour la poudre d'une part et pour la phase liquide, d'autre part. On a utilisé un moule dont le format intérieur et l'épaisseur sont conformes à la norme française NF-S 90 430 Le moule est constitué d'une couronne cylindrique en polytétrafluoroéthylène de diamètre exté- rieur 90 mm, de diamètre intérieur 60 mm et d'épaisseur 6 mm, munie d'une entaille en V pour le remplissage et d'un orifice pour le passage de la sonde de mesure de la température La couronne est emprisonnée, à l'aide de serre-joints, entre 2 flasques en aluninium de 90 mmn de diamètre et 1,5 mmn d'épaisseur, revêtus d'une couche de 50 microns de polytétrafluoro- éthylène. Le mélange de la poudre et de la phase liquide est effectué comme pour les exemples 1 à 30 et coulé dans le moule au bout de 3,5 mn. Apres une minute de repos le moule est immergé dans une enceinte thermo- statée contenant du sérum physiologique maintenu à la température de 37,2 C On note la valeur maximale atteinte par la température au cours de la polymérisation Le tableau II mentionne les valeurs pour des mélan- ges ayant différentes teneurs en terpinolène et N,N-DMPT La valeur maximale pour la température est atteinte en un temps d'autant plus court que la teneur en N,N-DMPT est plus élevée mais les écarts sont peu sensi- bles Les tenmps s'échelonnent de 13 à 11 mn après immersion du moule dans le bain thermostaté. XEMPLE 43 (comparatif) Dans les mêmes conditions de mesure que pour les exemples 31 à 42 on prépare, d'une part une poudre contenant: copolymère de méthacrylate de méthyle ( 90 %) et de méthacrylate de butyle ( 10 %) 46,95 g peroxyde de benzoyle à 85 % en poids 0,12 g et d'autre part une phase liquide contenant: méthacrylate de méthyle 17,58 g méthacrylate de butyle 1,95 g N,N-DMPT 0,4 g La température maximale atteinte par le mélange de la poudre et de la phase liquide est de 65,2 C. XEMPLE 44 Dans les nmêmes conditions qu'à l'exemple 43 on utilise une phase liquide contenant, en outre, 0,07 g de terpinolène. La température maximale atteinte est de 46,1 C. EXEMPLE 45 (comparatif) Dans les mêmes conditions de mesure qu'aux exemples 31 à 42, on réalise une composition comprenant poudre: polyméthacrylate de méthyle 43 g Zr O 2 5 g peroxyde de benzoyle à 85 % en poids 0,56 g phase liguide: méthacrylate de méthyle 21,8 g triméthacrylate de triméthylolpropane 0,2 g N,N-IMPT 0,48 g La température maximale atteinte après mélange est de 63,4 C. EXEMPLE 46 (compratif) Dans les mêmes conditions de mesure qu'aux exemples 31 à 42, on réalise une composition comprenant poudre: - polyméthacrylate de méthyle 39,53 g peroxyde de benzoyle à 85 % 0,47 g phase liguide: polyméthacrylate de méthyle 8 g méthacrylate de méthyle 18, 6 g N,N-DMPT 0,4 g La température maximale atteinte après mélange est de 65,5 C. EXEMPLE 47 On ajoute à la phase liquide de l'exemple 45, du terpinolène ( 0,12 g) La valeur maximale atteinte par la température est alors de 44 C. EXEMPLE 48 Dans les conditions de mesure utilisées pour les exemples 1 à 30 on étudie un mélange obtenu à partir, d'une part, d'une poudre contenant: polyméthacrylate de méthyle 42,7 g Zr O 2 4,75 g Peroxyde de benzoyle à 85 % 0,56 g et d'autre part, d'une-phase liquide contenant: polyméthacrylatê de méthyle 7,2 g méthacrylate de méthyle 22,8 g terpinolène -0,06 g N,N-DMPT 0,55 g 6-tertiobutyl-2,4-diméthylphénol 0, 006 g 16796 La température maximale atteinte est de 47 C. Dans les mêmes conditions de mesure, la composition décrite à l'exemple 46, et qui ne contient pas de terpinolène, conduit à une tem- pérature maximale de 70 C. Zt i 6 ú D S cot, D,,ú 4 u, D S u, D 0, zt oz,'o D.O" kt, D" 84 zt, D L út, D tt, O O D,L' tp D O g-9 t, D O St 5040 2 puelouiclial salduexg OOL ss'o 9910 Pt, O 0 ú i tz D Zt DISP DIZS D ts D 9 S D,6 S D', S Z 9 oz O úZ 'Q z L D ús Dts D 9 S DS"zg DIú 9 D,69 D s" zz SL O 9 L Q U D ú 9 Dl t 9 D 99 Doz D lL D SZ D,,6 L 000 6 D ZL D S"tz Dgz D sz DZS D,98:) Ss so O GUQIOU-ECLIGJ, se-ldmaxg 66 r O 88 " O Lz-"o 99 " O SSIO tv'o úú"O ML-N % O O,. r-_ %O VI, Ln cm il lifflm CD - REVENDICATIONS 1 Composition pour ciment chirurgical comprenant: d'une part une poudre contenant de 50 à 70 parties en poids d'au moins un polymère acrylique de granulométrie comprise entre 20 et 150 microns et comprenant en outre un initiateur de polymérisation, et d'autre part une phase liquide contenant de 30 à 50 parties en poids d'un mélange comprenant au moins 65 % en poids d'au moins un monomère acrylique, et jusqu'à 35 % en poids d'au moins un polymère acrylique, ladite phase liquide comprenant en outre au moins un activateur de polymérisation, caractérisée en ce que ladite phase liquide comprend en outre de 0,05 à 1 % en poids, par rapport à la quantité totale de monomère acrylique, d'au moins un limiteur de chaîne choisi parmi les terpènes monocycliques diinsaturés et les terpènes bicycliques monoinsaturés. 2 Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que la phase liquide contient de 1 à S % d'au moins un activateur de polymé- risation, par rapport à la quantité totale de monomère acrylique. 3 Composition selon l'une des revendications 1 et 2 caracté- risée en ce que l'activateur est la N,N-diméthylparatoluidine. 4 Composition selon l'une des revendications 1 à 3 caracté- risée en ce que le limiteur de chaîne est le terpinolène - Composition selon l'une des revendications 1 à 4 caracté- risée en ce que la phase liquide contient, en outre, un stabilisant en une quantité comprise entre 0,001 et 0,03 % en poids par rapport à la quantité totale de monomère acrylique. 6 Composition selon la revendication 5 caractérisée en ce que le stabilisant est choisi parmi les monophénols alkyl substitués. 7 Composition selon la revendication 6 caractérisée en ce que le stabilisant est le 6-tertiobutyl-2,4-diméthylphénol. 8 Compositibn selon l'une des revendications 1 à 7 caractéri- sée en ce qu'elle contient-une charge bioabsorbable constituée par du sérum physiologique épaissi à l'aide d'un polysaccharide. 9 Compositions selon l'une des revendications 1 à 8 caracté- risée en ce qu'elle contient un antibiotique du type aminoglucoside. Procédé de fabrication d'un ciment chirurgical, caractérisé en ce qu'on coule dans un espace destiné à la mise en place d'une prothèse, à une température comprise entre environ 10 et 30 C, une composition selon la revendication 1.