Brevet FR2552659A3 — publié le 19850405

FR 2552659 A3 19850405 FR 8414906 A 19840928 La présente invention concerne une matrice d'os comprenant des perforations artificielles et un procédé de fabrication Avec cette matrice obtenue on peut davantage stimuler et favoriser la reformation, la régénération et la croissance de l'os, de la dent et de la matière de cartilage On met en oeuvre un procédé de préparation d'une matrice d'os en formant des perforations artificielles dans celle-ci, laquelle matrice d'os est utilisable en chirurgie et en dentisterie et est similaire de part sa structure et composition à des os et dents natures La matrice d'os permet la reformation orthopédique Le procédé consiste à former des perforations artificielles multiples dans l'os ou dans la matrice d'os 15 avant son implantation chirurgicale dans le but de faciliter la pénétration des cellules et des vaisseaux sanguins après l'i-mplantation et pour produire une augmentation significative de la capacité de la matière implantée d'induire une formation d'os et de cartilage 20 et pour stimuler la régénération de l'os. Ainsi qu'il est bien connu, les os et dents sont composés d'une matrice de matière organique consistant en fibrilles collagéneuses et en substance liante de mucopolysaccharides aussi bien que de constituants inorga25 niques, notamment du phosphate de calcium sous forme d'hydroxyapatite La matrice organique est formée de molécules filiformes arrangéesparallèlement l'une à l'autre. En outre, le tissu est traversé par de nombreux capillaires microscopiques qui sont orientés dans diverses directions 30 vers ces molécules filliformes. Il est connu que si le constituant inorganique est partiellement ou entièrement enlevé de l'os ou de la dent, la matière d'os organique restantes appelée matrice d'os, peut être transplantée à des corps d'autres animaux 35 ou êtres humains vivants sans effet nuisible substantiel. En conséquence, la matrice d'os est utilisée dans des procédés médicauxmodernes grâce à sa capacité de stimuler et favoriser la reformation, la régénération et la croissance dans le tissu d'os après sa transplantation 40 dans un site du corps. -2 Alors que l'état de la technique a admis la nécessité de méthodes et de matières pour stimuler et favoriser la reformation, la régénération et la croissance de l'os, personne n'a décrit le procédé unique décrit dans la présente invention. Dans le brevet US No 3 458 397,on décrit un procédé pour produire une matière ostéogène à partir de tissus d'os d'animaux La matière ostéogène est injectée 10 dans un animal dans le but d'induire la formation d'os. Dans ce procédé, l'os est fragmenté avec la pepsine dans une solution acide et ensuite digéré, extrait et précipité Il n'y a aucune suggestion dans cette publication cependant de réaliser des perforations artificielles 15 dans la matrice d'os comme on le décrit dans la présente invention. Dans le brevet US No 4 294 753,on décrit un procédé morphogénétique de protéine d'os pour séparer les protéines du tissu de l'os Comme dans la publication pré20 cédente, cette publication exige une fragmentation de l'os et la déminéralisation du tissu de l'os Les tissus d'os déminéralisés sont alors traités dans une solution aqueuse avec un sel neutre soluble dans l'eau et un agent de solubilisation Le sel neutre et l'agent de solubilisation 25 sont alors séparés, et la protéine morphogénétique de l'os est précipitée De nouveau, aucune mention n'est faite de produire des perforations dans la substance. Dans le brevet US No 2621 145, on décrit des compositions d'os et comprend des particules d'os qui sont 30 enferméesdans un réseau de fibrine Ceci produit une matrice qui est soutenue sur une feuille de support que l'on indique être une matière plastique flexible Le procédé décrit dans cette publication produit une feuille flexible à utiliser en chirurgie orthopédique et favorisant 35 la recroissance de l'os et comprend ce qui est appelé une pluralité de particules d'os completbroyées Yenfermëedans un réseau de fibrine Cette publication ne suggère pas de perforer la composition de matrice d'os ou réseau de fibrine comme on le décrit dans la présente invention. 40 Dans le brevet US No 2 968 593 on décrit un procédé de préparation de matière d'os inorganique en chauffant de la matière d'os animal dans un liuide à une température d'environ 80 C à environ 100 C, en séchant la matière d'os chauffée, en la dégraissant sensiblement avec un solvant extracteur de graisse, et en enlevant la matrice organique de la matière d'os dégraissée, par exemple, par extraction avec de l'éthylène diamine pour obtenir une matrice inorganique Une telle matière d'os 10 inorganique qui est libre de toute matière organique est une utilisée pour/transplantation depuis un animal d'une espèce à une autre espèce sans effet nuisible Cependant, aucune suggestion n'est faite dans cette publication pour perforer la matière d'os inorganique ainsi obtenue. Dans le brevet US No 4 172 123 on décrit un procédé pour dégrader/régénérer de la matière d'os etde dent Cette publication décrit un procédé de fabrication de la matière d'os qui est implantée dans une zone o on désire stimuler la croissance d'os Dans cette publication 20 la matière d'os est d'abord broyée et ensuite la matrice organique de l'os est déminéralisée On forme une solution colloïdale de la matrice organique et on permet a des ions de diffuser dans la solution colloidaledans le but de former un gel Bien que la substance créée par ce procédé 25 semble être utiliséepour l'ostéogénèse, cette publication ne décrit pas la perforation de cette substance comme on le décrit dans la présente invention. I 1 est un but de l'invention de réaliser un nouveau procédé de production de matrice d'os artificiellement perfor Cepour favoriser la formation d'os et la stimulation etla régénération de l'os lorsque la matrice d'os perforée est implantée au cours d'unprocédé de reconstruction orthopédique en formant une pluralité de perforation artificielles dans la matrice d'os, la matrice d'os artificiellement perforée étant aisément acceptée par le corps et correspondant de part sa composition et structure à des os et dents naturels. Un autre but de l'invention consiste à réaliser une telle matrice d'os artificiellement perforée nouvelle 40 et valable utilisable pour la reconstruction et la régéné- ration d'os et dents naturels. Encore un autre but de l'invention est un nouveau procédé de reconstruction orthopédique de la structure dugouelette en utilisant la matrice d'os artificiellement perforée par le nouveau procédé de l'invention. D'autresbuts de la présente invention seront évidents d'après la description qui suit. En principe, dans un procédé de préparation de matrice d'os pour l'implantation chirurgicale, le perfectionnement de la présente invention consiste à ajouter une étape de formation d'une pluralité de perforationsartificiellesdans la matrice d'os avant l'implantation chirurgicale de celle-ci par un chirurgien. Un autre but de l'invention est la matrice d'os artificiellement perforée obtenue selon le procédé de l'invention. Encore un autre mode de réalisation de l'invention est un nouveau procédé d'utilisation de la matrice d'os 20 perforéeartificiellement pour favoriser la formation et la stimulation de la régénération de l'os par implantation chirurgicale de la matrice d'os artificiellement perforée au cours d'un procédé de reconstruction orthopédique. Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence est faite aux figures accompagnantes o: La figure 1 est une vue en élévation de côté d'une matrice d'os ayant une pluralité de perforations artificielles; la figure la est une vue en élévation de côté d'un autre mode de réalisation de matrice os formée comprenant une pluralité de perforations artificieles; la figure lb est une vue en élévation de côté d'un autre mode de réalisation encore de matrice d'os formée 35 comprenant une pluralité de perforations artificielles de dimensions et formes variables; la figure 2 est une vue en élévation de côté d'une matrice d'os artificiellement perforée et d'un os ayant un défaut du type cavité, montrant comment la matrice d'os artificielement perforée peut être utilisée -5 par tamponnement ou en fermant le défaut de l'os ou cavité; la figure 3 est une vue en élévation de côté mon5 trant un os comportant un défaut avecpartie manquante pour matrice d'os artificiellement perforée était positionnée ranneante pour remplacerlapartie/de l'os; et la figure 4 est une vue en élévation de côté montrant un os comprenant une fracture, une matrice 10 d'os artificielement perforée étant positionnée pour induire une régénération de l'os et fermer la fracture. En se référant aux figures des dessins dans lesquels des symboles de référence identiques désignent des éléments identiques, la présente invention concerne 15 un perfectionnement dans le procédé de préparation de matrice d'os à utiliser dans des procédés chirurgicaux qui consiste: à ajouter une étape de formation d'une pluralité de perforations artificielles dans cet os, matière d'os ou matrice d'os avant l'implantation 20 de ceux-ci. La matrice d'os peut être produite en utilisant l'un quelconque des procédés connus dans la technique qui peut comporter toute combinaison des étapes suivantes. De l'os ou de la matière d'os est prélevé d'un vertébré quelconque Il peut alors être conservé selon l'un quelconque des procédés de conservations bien connus Une déminéralisation partielle ou complète de l'os ou de la matière d'os est mise en oeuvre pour obtenir la décalcification en soumettant l'os ou la 30 matière d'os à un traitement avec différents acides, agents de chélation, à une électrolyse ou toutecombinaison des procéd précédents Finalement, soit avant soit après la déminéralisation de l'os, de la matière d'os ou de la matrice d'os, on réalise la fixation et 35 différents procédés physiques et chimiques L'os matière d'os ou matrice d'os à préparer, montrè dans la figure 1, est alors traité pour former une pluralité de perforations artificielles 4. La pluralité de perforations 4 peut être réalisée dans une matrice d'os 2 en forant, au laser, par ponction ou autres procédés semblables Les perforations 4 peuvent avoir diverses formes te Isque, sans que l'invention-ne soit limitée à celles-ci, des formes circulaires, triangulaires, multi-angulaires, irrégulières, en fentes ou toutescombinaisons de ces formes. Le nombre de perforations 4 dans la matrice d'os 2 peut varier Des perforations multiples cependant produisent une augmentation substantielle de la capacité 10 de la matrice d'os perfored'induire la formation de l'os ou stimuler la régénération de l'os qui semble être, dans des limites spécifiées proportionnele au nombre, à la dimension et à la position desperforatior individuelles dans la matrice d'os Les perforations ne doivent être ni de dimension ni de forme uniforme dans la matrice d'os La figure lb montre une matrice d'os 6 comprenant d'autres formes comportant une pluralité de perforations 8 de formes et dimensions variables On a remarqué cependant que des perforations ayant une aire de section transversale maximum de 0,25 mm à 1,0 mm sont des perforations de dimensions optimum pour induire une augmentation substantielle de la capacité de la matrice d'os perforée artificiellement d'induire la formation d'os ou stimuler 25 la régénération de l'os. Similairement, les perforations ne doivent pas être concentrées uniformément sur une aire de surface de la matrice d'os En fait, une concentration plus élevée de perforations dans une aire donnée de matrice d'os provoquera une stimulation plus grande de la croissance d'os ou régénération de cette aire particulière par rapport aux autres aires ayant une concentration de perforationsplus faible Ce résultat est particulièrement utile dans des procédés orthopédiqueso la matrice 35 d'os perforée artificiellement bute contre de l'os existant comme dans le cas d'un tamponnement ou lorsqu'on ferme un défaut quelconque ou cavité d'os ou dans des procédés pour remplacer les parties manquantes des os. Plus précisément, la figure 2 montre une situation de tamponnement ou une matrice d'os 10 comprend une pluralité de perforations artificielles 12 qui sont concentrées sur les côtés 14,16 et 18 de la matrice d'os 10 venant contre l'os 20 Dans les côtés intermédiaires 5 14 et 16 de la matrice d'os, il y a une concentration moindre de perforations 12. Similairement, dans des procédés chirurgicaux comportant le pontage d'os séparés;, montrés dans la figure 3, une matrice d'os 22 est montrée comprenant une pluralité de perforations artfkielles 24 concentrées sur et adjacentes aux côtés 26 et 28 alors qu'aux côtés intermédiaires 26 et 28 les perforations sont moins concentrées L'os 30 est également représentée. La figure 4 montre une partie d'une matrice d'os 15 40 perforée utilisée dans des situations de traitement comportant une fracture 42 dans l'os 44. Dans ces cas ou autres cas similaires, une concentration de perforatior plus élevée adjacente à, ou dans les côtés de la matrice d'os venant contre 20 la structure d'os existante provoquera une formation, croissance et régénération plus grande d"os dans ces zones davantage perforées de la matrice d'os que dans d'autres aires moins perforée$ Donc, lorsque davantage de formation croissance ou régénération d'os se produit 25 dans ces aires venant contre la structure d'os, la matrice d'os perforéeadhèrera plus rapidement à la structure d'os existante pour fermer le défaut d'os, la cavité ou remplacer la partie manquante d'une façon sure. La matrice d'os perforée produite comme il est 30 décrit dans la présente invention peut être utilisée en chirurgie pour le traitement de fractures compliquées et d'anciennes fractures d'os ne guérissant pas. La matrice d'os perforée peut également être utilisée pour tamponner ou fermer tout défaut ou cavité d'os. Les exemples spécifiques suivants servent à illustrer la présente invention sans cependant limiter celle-ci. Exemple 1 Un test de contrôle de laboratoire a été mis en oeuvre pour examiner l'induction de la formation d'os 40 par implantation de matrice d'os perforée dans des animaux -8 d'essais de laboratoire Une matrice d'os perforée a été préparée selon la présente invention et a été implantée par voie souscu tanée latéralement au bordsternal de chaque rat de laboratoire choisi pour former un groupe d'essais. Quatre jours après l'implantation, un échantillon de rat de laboratoire provenant du groupe d'essai a été préparé et des échantillons ont été prélevés sur le site d'implantation A l'examen microscopique on a trouvé qu'à 10 l'intérieur des perforations de la matrice d'os implantée il y avait une accumulation de nouvelles cellules non différences formées ayant une activité élevée de phosphatase alcaline dans leur cytoplasme. Sept jours après l'implantation, un autre échantillon de rats de laboratoire provenant du groupe d'essai a été préparé et des échantillons ont été prélevés sur les sites d'implantation A l'examen microscopique on a trouvé qu'il y avait un petit nombre de cellules chondro Ides différenciées et des fibroblastes parmi les nouvelles 20 cellules nonr différenciées remplissant les perforations. On a remarqué que l'activité de phosphatase alcaline a été augmentée par comparaison à l'observation précédente faite à quatre jours. Deux semaines après l'implantation, un autre 25 échantillon de rats de laboratoire provenant du groupe d'essai a été préparé et des échantillons ont été prélevés sur les sites d'implantation A l'examen microscopique, on a trouvé qu'une certaine rêsorpticadelamatrice s'est produite autour du bord des perforations avec un remplacement de matière de matrice d'ospar des cellules chondroides et d'ostéoblas S Les perforations étaient remplies de trabécules d'os nouvellement forméesrecouvertes d'ostéoblasis Des îles de tissus chondroides et des vaisseaux sanguins nouvellement formés étaientrépartis dans l'os trabéculaire Egalement l'activité de phosphatase alcaline dans les cellules remplissant les perforations était très élevée. Un mois après l'implantation, un échantillon de ratsde laboratoire provenant du groupe d'essai était préparé et des échantillons pris sur le site d'implantation. 40 A l'examen microscopique on a trouvé que la partie principale -9 de la matrice d'os perforée implantée avait subi une résorption et avait été remplacée par un nouvel os trabéculaire formé dans lequel étaientéparpilléesd'occasion5 nebs îles de tissuscondro'ides Le nouvel os trabéculaire formé n'était pas limité à la matrice d'os perforée implantée précédemment, mais on l'a constaté au-delà de cette zone et entouré d'une capsule ressemblant à du périosteum. Exemple 2 Cet essai examinait la stimulation de la régénération de l'os par implantation de matrice d'os perforée Différents lapins de laboratoires ont été choisis pour former un groupe d'essai Les lapins avaient chacun une piece d'os cubital d'environ 1,5 à 2,5 cm enlevée du milieu de l'os cubital et un fragment de matrice d'os perforaepréparé selon le procédé de la présente invention a été inséré dans le défaut L'examen aux rayons- X fait immédiatement après le procédé d'implantation montrait clairement le défaut de l'os. Une semaine après l'implantation, l'examen aux rayons-X du site d'implantation montrait toujours clairement le défaut dans l'os cubital Un échantillon de lapin provenant du groupe d'essai a été préparé et des échantillons ont été prélevés dans le site d'implantation A l'examen microscopique on a trouvé que toutes les perforations de la matrice d'os perforée à implanter étaient remplies de jeunes cellules nondifférenciées ayant une haute activité de phosphatase alcaline. Deux semaines après l'implantation, l'examen aux rayons-X a montré une petite quantité de minéralisation dans la zone de la matrice d'os perforée à implanter. Un échantillon de lapins provenant du groupe d'essai a été préparé et des échantillons ont été prélevés sur le site d'implantation Sous analyse microscopique on a 35 trouvé que toutes les perforations étaient remplies de cellules chlndroides séparées par de nouvelbs trabécules d'os formées. Un mois après l'implantation, l'examen aux rayonsX a montré que la matrice d'os perforée à implanter avait subi une minéralisation Un échantillon de lapins provenant du groupe d'essai a été préparé et des échantillons ont été prélevés sur le site d'implantation A l'examen microscopique on a trouvé que la matrice d'os perforée à implanter avait une résorption qui se développait à partir des centres établisautour des perforations On a également trouvé que la matrice d'os implantée avait été remplacée par de l'os trabéculaire nouvellement formé qui avait été raccordé à l'os trabéculaire se développant aux extrémités des 10 fragments d'os. Deux mois apres l'implantation, l'examen aux rayons-X a montré que le défaut dans l'os cubital des lapins de laboratoire avait été remplacé par du tissu d'os hautement minéralisé Un échantillon final de lapins provenant du groupe d'essai a été préparé et des échantillons pris sur le site d'implantation A l'analyse microscopique on a trouvé que le défaut d'os cubital avait maintenant été rempli d'os subissant un remodelage. Exemple 3 Cet essai examinaitl'induction de formation d'os par la matrice d'os perforée comprenant des perforations de dimensions différentes Une matrice d'os a été préparée comme dans l'exemple 1, selon le procédé décrit dans la présente invention, avec des perforations de diamètre différent: 0,25 mm, 0,35 mm, 0,5 mm, 0,75 mm, 1,0 mm, 1,25 mm, 1,5 mm, et 2,0 mm La matrice d'os perforée a été implantée par voiesouscutanée dans des rats de laboratoire comme on l'a décrit dans l'exemple 1 A différents moments après l'implantation, un échantillon de rats de laboratoire provenant du groupe d'essai a été préparé et des échantillons prélevés sur les sites d'implantation L'analyse microscopique de la matrice d'os implantée a révélé que le procédé le plus actif de la formation d'os se trouvait dans les échantillons ayant un diamètre de perforations de 0,25 à 0,5 mm Dans des échantillons avec diamètre de perforations de 0,75 à 1, 0 mm les procédés ostéogènes étaient quelque peu moins actifs et dans les échantillons avec diamètre de perforation de 1,25 à 2,0 mm l'ostéogénèse était même plus faible que celle observée précédemment. 40 Exemple 4 1 l Cet essai a examiné l'induction de formation d'os par la matrice d'os perforée avec une densité différente de perforations. Divers groupes d'essais ont été réalisés chacun comportant un certain nombre de rats de laboratoire. De la matrice d'os perforée a été préparée comme on l'a décrit ici et implantée par voiesous-cutanée dans chaque rat de laboratoire dans chaque groupe d'essai respectif. 10 Dans le premier groupe de la matrice d'os perforée a été préparée avec des perforations de 0,25 mm. Il y avait 25 perforations par cm 2 Le total calculé de la surface perforée était de 1,23 % de l'aire de surface totale de la matrice d'os perforée A l'analyse microscopi15 que cette matrice d'os perforée montrait une haute activité ostéogène. Dans le second groupe de la matrice d'os perforée a été préparée avec des perforations de 0,35 mm de diamètre Il y avait environ 20 perforations par cm 2 Le total 20 calculé de surface perforée était de 1,92 % de l'aire de surface totale de la matrice d'os perforée A l'analyse microscopique cette matrice d'os perforée montrait une haute activité ostéogène. Dans le troisième groupe de la matrice d'os a été préparée avec des perforations de 0,5 mm de diamètre. Il y avait environ 16 perforations par cm 2 Le total calculé de surface perforée était de 3,14 % de l'aire de surface totale de la matrice d'os perforée Sous analyse microscopique cette matrice d'os perforée a démontré une haute 30 activité ostéogène. Dans le quatrième groupe d'essai, de la matrice d'os a été préparée avec des perforations de 0,75 mm de diamètre Il y avait environ 12 perforations par cm Le total calculé de surface perforée était 5,3 % de l'aire de surface totale de la matrice d'os perforée Sous analyse microscopique cette matrice d'os perforée a montré une activité ostéogène qui a été quelque peu inférieure à celle dans les trois groupes d'essais précédents. Dans le cinquième groupe d'essai, de la matrice 40 d'os a été préparée avec des perforations de 1,0 mm de diamètre Il y avait environ 8 perforations par cm 2 Le total calculé de surface perforée était de 6,28 % de l'aire de surface totale de la matrice d'os perforée Sous analyse microscopique cette matrice d'os perforée montrait une activité ostéogène qui était également quelque peu plus faible que dans les groupes d'essais un à trois. Dans le sixième groupe d'essai, de la matrice 10 d'os a été préparée avec des perforations de 1,25 mm de diamètre Il y avait environ six perforations per cm. Le total calculé de surface perforée était 7,36 % de l'aire de surface totale de la matrice d'os perforée Sous analy se microscopique, cette matrice d'os présentait une activi15 té ostéogène qui était considérablement plus faible que celle trouvée dans les groupes d'essais un à cinq. Dans le septième groupe d'essai on a préparé de la matrice d'os avec des perforations de 1,5 mm de diamètre Il y avait environ quatre perforations par cm 2 Le total calculé de surface perforée était 7,06 %de l'aire de surface totale de la matrice d'os perforée. Sous analyse microscopique, cette matrice d'os perforée montrait une activité ostéogène qui était considérablement plus faible que celle trouvée dans les groupes d'essais 25 un à cinq. Dans le huitième groupe d'essai, on a préparé de la matrice d'os avec des perforations de 2,0 mm de diamètre Il y avait environ trois perforations par cm 2. Le total calculé de surface perforée était de 9,42 % de 30 l'aire de surface totale de la matrice d'os perforée. Sous analyse microscopique, cette matrice d'os présentait une très faible activité ostéogène. L'invention décrite ai-dessus est bien entendu susceptible de subir diverses variations et modifications 35 tous à la portée d'un spécialiste à la matière Il doit être compris que la totalité de ces variations et modifications sont dans les limites de l'invention et des revendications Similairement, il doit être compris qu'il est prévu que tous les changements et modifications des exemples de l'invention décrits ici dans un but illustratif 13 ne sortent pas du cadre de 1 ' invention. Revendications: 1 Procédé de préparation de matrice d'os pour implantation chirurgicale, caractérisé en ce que ce procédé comporte l'étape de former une pluralité de perforations artificielles dans cette matrice d'os avant l'implantation chirurgicale de celle-ci. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces perforations ont une aire de section trans10 versale régulière. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces perforations ont une aire de section transversale irrégulière. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces perforations sont uniformément réparties sur cette matrice d'os. Procédé selon la revendication ce que ces perforations sont concentrées une aire de cette matrice d'os. 1, caractérisé en dans au moins 6. en 7. en 8. en 9. en 10. ce 30 11. ce 12. ce 13. 35 ce Procédé selon la ce que les perforations Procédé selon la ce que les perforations Procédé selon la ce que les perforations Procédé selon la ce que ces perforations Procédé selon la que ces perforations soi Procédé selon la que ces perforations sor Procédé selon la que ces perforations sor Procédé selon la que ces perforations son revendication sont de forme revendication sont de forme revendication sont de forme revendication ont une forme revendication 1, caractérisé triangulaire 1, caractérisé polygonale. 1, caractérisé irrégulière. 1, caractérisé en fente. 1 caractérisé en it de forme circulaire. revendication 1, caractérisé en it réalisées par forage. revendication 1, caractérisé en Lt réalisées par ponction. revendication 1, caractérisé en st réalisées en utilisant un laser. 14 Matrice d'os comprenant une pluralité de perforations artificielles réalisées par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.