Brevet FR2564732A1 — publié le 19851129

La présente invention concerne une biomatière comprenant un facteur ostéoformateur utilisable dans un domaine chirurgical, tel que la chirurgie orthopédique et la chirurgie bucco-dentaire, ainsi qu'un procédé de fabrication de cette biomatière. Jusqu'à présent, lorsque par exemple une par- tie manquante d'os dans un corps vivant était remplacée par une prothèse artificielle, il était de pratique cou- rante de couper une partie d'une certaine région de l'os du même corps vivant et de transplanter cette partie à l'endroit de la partie manquante. Cette transplantation autoplastique est optimale en ce sens qu'elle offre une excellente biocompatibilité avec l'os à compléter. Mais, bien évidemment, il existe une limite à la quantité d'os utilisable pour une transplantation autoplastique, l'intervention chirurgicale étant plus importante du fait de la collect d'os et la douleur provoquée au patient étant importante. Pour cette rai- son, lorsqu'un manque d'os s'étend sur une zone impor- tante, on utilise une biomatière artificielle ayant une affinité pour un corps vivant, par exemple un métal ou une matière céramique, pour combler le manque et pour que la matière se fixe au niveau de la partie manquante de l'os. Cependant, l'utilisation d'une telle biomatiè- re artificielle, telle quelle, présentait l'inconvénient que l'adhérence rapide de l'os à la biomatière avec une solidité suffisante était rendue difficile. Ce qui est considéré comme la principale cause de cette difficulté est qu'il ne se forme pas de tissu osseux en quantité suffisante. En conséquence, il est difficile d'obtenir rapidement un tissu résistant et dur de corps vivant à partir d'un traitement chirurgical dans lequel on utili- se une biomatière artificielle classique. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients inhérents de la biomatière artificiel- le classique décrite ci-dessus. En bref, ce but est at- 25647 2 teint grace à un mélange d'un facteur ostéoformateur et d'un premier support à base de collagène pour le fac- teur, lequel est constitué par tout facteur ostéoforma- teur chez la souris ou facteur ostéoformateur dérivé de l'ostéosarcome de Dunn et facteur ostéoformateur humain connu jusqu'ici, dans le milieu médical, en tant que constituant ostéoformateur. Le facteur est porté de fa- çon stable par le premier support dans un corps vivant de façon à permettre la formation d'os sous l'effet du facteur et à faire finalement absorber par le corps vi- vant ce même premier support à base de collagène. Se- lon un aspect de l'invention davantage développé, un second support, en plus du premier support, est utilisé pour assurer un renforcement mécanique dans le corps vivant. Lorsque la biomatière de l'invention est utili- sée pour remplacer et fixer des parties cassées et au- trement affectées, elle favorise une croissance et une restauration rapides de l'os en permettant la reconsti- tution d'un tissu osseux d'une robustesse suffisante. L'élément essentiel de la biomatière artifi- cielle de l'invention est un facteur ostéoformateur, et ce facteur est une substance dont l'existence est depuis longtemps soupçonnée dans les corps vivants. Le rôle du facteur ostéoformateur est d'agir par voie extracellulaire sur les cellules mésenchyma- teuses indifférenciées et de susciter le phénotype des cellules pour les transformer en chondrocytes et osté- oblastes pour former ainsi, localement, un tissu osseux. La Demanderesse, après des années de recherches, a mis au point un procédé pour isoler un facteur ostéoforma- teur (facteur ostéoformateur chez la souris) a partir de l'ostéosarcome de Dunn, et purifié le facteur et el- le a déjà mentionné la substance dans "BIOMEDICAL RE- SEARCH" 2 (5) 466-471 en 1981. Cette substance est un polypeptide basique et hydrophobe d'un poids moléculai- re d'environ 20.000. En outre, la Demanderesse a r4cem- ment isolé et purifié un facteur ostéoformateur bioac- tif similaire également à partir d'un ostéosarcome hu- main transplanté chez les animaux par transplantation de génération à génération. Le facteur ostéoformateur humain a également os05 sensiblement les mêmes propriétés biochimiques que le facteur ostéoformateur pouvant être obtenu à partir de l'ostéosarcome ci-dessus, et, en conséquence, ce facteur ostéformateur humain a été utilisé dans les formes de réalisation de l'invention en considération de l'antigé- nie. De cette manière, le facteur ostéoformateur humain exerce une action ostéoformatrice dans le corps vivant, mais un certain type de support (ou lit) est nécessaire pour amener le facteur à formerde l'os dans une région particulière du corps vivant, et la quantité d'os formé est réglée par la quantité de support conte- nant et portant le facteur ostéoformateur. Par consé- quent, pour former le facteur ostéformateur dans le corps vivant, les premier et second supports suivants sont pré- vus, respectivement. Le premier support contient et porte le facteur ostéoformateur et le met à même de former un os, tandis que le second support est un corps conformé retenant sur lui le premier support ou le contenant, ayant une forme requise ainsi que la résistance mécanique nécessaire. Le premier support doit avoir les propriétés suivantes: 1) lorsqu'il est noyé dans un corps vivant, le sup- port ne doit pas provoquer de réaction aux matières étrangères, 2) le support doit avoir une affinité pour l'os, 3) le support peut toujours être fourni par une source industriellement constante, prête et de faible pris, 4) le support doit être tel qu'il soit retenu de façon stable sans détruire les propriétés du facteur ostéoformateur et être miscible dans tout rapport sou- haité, ) le support doit être apte à être absorbé fina- lement dans le corps vivant, et 6) le support doit pouvoir se fixer facilement au second support. Le second support doit avoir les propriétés suivantes: 1) le support doit avoir les propriétés du premier support mentionnées dans les paragraphes 1 à 4, 2) les-propriétés du support doivent rester les mêmes sur une période prolongée de temps, 3) le support doit facilement se lier physiquement au premier support, et 4) le support doit avoir une grande résistance mé- canique. Diverses recherches portant sur la matière destinée à l'obtention du premier support présentant ces propriétés ont conduit à la découverte que le colla- gène, ses dérivés et produits de dénaturation pouvaient présenter les propriétés requises. Il est bien connu, à ce propos, que le colla- gène (y compris ses dérivés et produits de dénaturation) qui est à la base du premier support, est une protéine ayant généralement un faible pouvoir antigénique, et l'on sait également que la principale partie qui est responsable du pouvoir antigénique du collagène se si- tue dans la portion télopeptidique qui constitue un bout périphérique de la molécule..En conséquence, un collagène solubilisé ne contenant sensiblement pas de télopeptide, solubilisé et purifié en soumettant de la peau de vache à un traitement enzymatique et à un trai- tement alcalin bien connus est préférable pour attein- dre le but de l'invention, mais le premier support n'est pas limité au collagène solubilisé. On se rendra aisé- ment compte que la gélatine (y compris ses produits de décomposition et dérivés) qui est le produit de dénatu- ration du collagène est également applicable à la réa- lisation de l'invention. Les qualités requises du second support sont telles que décrites cidessus, et parmi les matières présentant les qualités requises, des matières cérami- ques, des métaux spéciaux et des résines synthétiques sont connus comme étant excellentes en tant que matiè- res ne suscitant pas de réaction aux matières étrangè- res dans le corps vivant et qui présentent une affinité avec le corps vivant ainsi qu'une grande résistance mé- canique. Parmi les matières susmentionnées, des matières céramiques ayant une excellenteaffinité pour le corps vivant sont énumérées dans le Tableau I. Selon le premier mode de mise en oeuvre de l'invention (correspondant aux formes de réalisation 1 et 3 décrites ci-après), on donne un exemple dans le- quel le facteur ostéoformateur est mélangé avec le pre- mier support, tandis que selon le second mode de mise en oeuvre de l'invention (correspondant aux formes de réalisation 2 et 4 décrites ciaprès), on donne un exemple dans lequel le second support est imprégné par le mélange ci-dessus et supporté par lui. Tableau I Propriétés.Résistan-:Densité Résistance aux) physiques:ce à la:Dureté:apparente:produits chimi-) ( flexion: ques, H ) (Type de (kg/cm2):::95 % liquide) (matière bouillant (céranmique:: : :mg/cm2/jour) (:: :) (:: :)...... () (Matière céramique: 3200: 1000-: 3,6 -: 0,1) (A1203):(H V) : ----- ----- ----- ----- --- - ---- ----- --!- ---- -------I (: :::; (Saphir (Al203): 7000: 2300: 3,97: 0,1) ( (H V) (.) (: : : :) (Oxyde de zirco- 10000: 1250 5,9 0,8 (nium: :(H V)::) (: :::) (Carbure de sili- 5000: 94: 2,2 -: 0,04) (cium (ZrO (HRA) 3,1 r02) ( -) -- - - -- - - --- -- - - - ------.. -------- ------------- (Nitrure de sili-: 5000 87-91 2,9 - 0,42 f (cium (Si3N4) (HRA): 3,3 (:... .... :--: f) (Phosphate de cal-: 1400: ---: 3,0 -:Soluble dans) (cium Ca (PO2 3,05. l'acide, se 3(P02) óimC 3 (P2) (::::dissout diffi-) cilement dans (: : ::une bae) (: Hydroxyapatite 600- 400 - 3,06-:Come Ci-dessus (Calo (PO4)6(OH): 2000: 600 3,13:) (: : ::) (Verre céramique. 1500 -: 600 - environ:Cmmoe ci-dessus) ("contenant de 1700 700 3,5 ( l'apatite):: ::) t.... % Parmi-les matières céramiques indiquées sur le Tableau 1, l'alumine est la matière la plus commune et elle n'a pas d'effet nuisible sur le corps vivant et a une grande affinité avec lui. Les matières ayant de l'affinité et une grande résistance mécanique sont la saphir et l'oxyde de zirconium. D'autres matières, telles que le phosphate de calcium et l'hydroxy-apatite qui sont sensiblement voisines de l'os de corps vivant, ont une résistance mécanique assez faible, mais elles sont caractérisées par leurs excellentes propriétés d'assimilabilité et d'adhésivité à l'os de corps Vi- vant. Par conséquent, on utilise parmi les matières céramiques mentionnées ci-dessus celles qui sont opti- males selon leur site d'utilisation et les buts aux- quels elles sont destinées. Quant aux propriétés des matières céramiques, celles qui conviennent pour leurs applications respectives sont de type dense ou de type poreux utilisables. La quantité minimale requise du facteur ostéoformateur dans la biomatière de l'inven- tion diffère selon le degré de purification du facteur ostéoformateur, et pour les facteurs obtenus par le pro- cédé conforme à la littérature mentionnée dans le pré- sent mémoire, la formation d'os est possible avec un rapport collagène: facteur = 100: 0,5 (rapport en poids), mais pour augmenter et assurer l'effet de for- mation d'os, il est souhaitable de choisir un rapport du collagêne au facteur ostéoformateur dans la plage de 100: 1 - 10 (rapport en poids), mais.il n'y a pas lieu de limiter le rapport dans cette plage. On donne, ci-après, une description de formes de réalisation de l'invention. Exemple 1 Apres avoir nettoyé et purifie la couche dermique de la peau d'une jeune vache, on la découpe en petits morceaux à l'aide d'un hachoir. On ajoute à la couche dermique ainsi hachée une solution d'acide chlorhydrique de manière à modifier la solution en amenant son pH a 3. On ajoute à la solution ainsi mo- difiée de la pepsine à raison de 2 % du poids sec et on traite la solution ainsi obtenue à 20 C pendant OS 48 heures. On filtre la solution et on ajoute de la soude caustique à la solution filtrée pour amener son pH à 10 afin de désactiver la pepsine. On amène ensuite le pH de la solution à 7, et on recueille à partir de la solution les dépôts formés et les lave bien à l'eau, puis on les dissout de nouveau dans une solution d'aci- de chlorhydrique de pH 3. On filtre la solution et ajoute encore de la soude caustique à la solution que l'on modifie en amenant son pH à 7. On recueille les dépôts formés à partir de la solution modifiée et les lave à l'eau, puis on les dissout de nouveau dans une solution d'acide chlorhydrique de pH 3 pour obtenir un collagOne purifié a une concentration de 3,0 mg/ml. On dissout ensuite un facteur ostéoformateur humain purifié par le procédé décrit dans la littéra- ture susmentionnée dans de l'acide chlorhydrique 0,01 normal pour préparer une solution d'une concentration de 1,0 mg/ml. On verse 0,2 ml de la solution dans un tube à essai, on y ajoute 1,0 ml de la solution de col- lagène et on mélange bien. On lyophilise le mélange puis le stérilise avec de l'oxyde d'éthylène gazeux pour obtenir une biomatière. On greffe la biomatière dans le-muscle dor- sal d'une souris et, au bout de trois semaines, on re- tire la biomatière greffée pour constater que la ma- tière a été remplacée par 20 mg en poids humide de tissu osseux. Exemple 2 On plonge un corps carré réalisé en hydro- xyapatite et ayant 5 mm de côté, mais dont les quatre coins manquent et une épaisseur de 2 mm, et d'une po- rosité de 40 %, ou un disque réalisé en matière céra- mique du type alumine, dans 1,2 ml de la solution mix- te de collagène et de facteur ostéoformateur décrite à l'Exemple 1 et le traite sous vide pour faire bien pénétrer la solution mixte dans le corps en céramique, puis on soumet le corps A une lyophilisation et à une stérilisation au gaz pour former une biomatière à gref- fer. On greffe la biomatière ainsi obtenue dans le mus- cle dorsal d'une souris et, au bout de trois semaines, on retire la matière greffée pour constater la crois- sance d'un tissu osseux sur la surface de second sup- port. Dans ce cas, le résultat obtenu en utilisant l'hydroxyapatite a été sensiblement le même que celui obtenu en utilisant la matière céramique de type alu- mine. Exemple 3 On dissout dans de l'eau purifiée de la géla- tine (viscosité: 4,4 mPa.s; résistance du gel: 253 degrés Bloom; pH: 5,8; humidité: 11,0 %), obtenue en soumettant un os de vache sous forme d'une matière à un traitement normal à la chaux, pour obtenir une solution de gélatine d'une concentration de 50 mg/ml. On mélange bien 0,2 ml de la solution chlor- hydrique de facteur ostéoformateur décrite à l'Exemple 1 avec 1,0 ml de la solution de gélatine, et on laisse reposer dans un réfrigérateur durant 16 heures environ pour que la solution mixte forme un gel. On plonge la matière gélifiée dans 100 ml d'une solution tampon à l'acide phosphorique (pH 7,2) contenant 0,1 % d'aldé- hyde glutatique à 5 C pendant 16 heures et on la sou- met au traitement de liaison. On retire ensuite la ma- tière gélifiée et on la lave à l'eau purifiée, puis on la soumet à une lyophilisation et à une stérilisation au gaz pour obtenir une biomatière à greffer. On greffe la biomatière dans le muscle dorsal d'une souris pour obtenir sensiblement les mnzmes résul- tats que dans l'Exemple 1. Exemple 4 On plonge le corps constitué d'hydroxyapatite ou de matière céramique du type alumine utilisé à l'Exemple 2 dans 1,2 ml de solution mixte de facteur ostéoformateur et de gélatine obtenue de la même ma- nière que dans l'Exemple 3 et on traite sous vide pour que la solution mixte pénètre bien dans le corps en ma- tière céramique, puis on laisse reposer au réfrigéra- teur durant 16 heures environ pour que la gélatine con- tenue dans le corps céramique forme un gel. On traite de la même manière qu'à l'Exemple 3 la matière gélifiée contenant le corps céramique avec une solution tampon d'acide phosphorique contenant de l'aldéhyde glutarique, on la lave à l'eau et la soumet à une lyophilisation et à une stérilisation au gaz pour obtenir une biomatière à greffer. La biomatière ainsi obtenue fournit les mê- mes résultats que celle de l'Exemple 2. Ainsi qu'il ressort des formes de réalisa- tion de l'invention décrites ci-dessus, il a été mis en évidence que dans la biomatière artificielle ostéo- formatrice de l'invention, la fonction biologique du facteur ostéoformateur est très faible, quant à la spé- cificité d'espèce. Si l'on en juge d'après les formes de réalisation, l'invention est très efficace dans la sphère clinique de la chirurgie orthopédique et de la chirurgie bucco-dentaire et maxillaire. Dans les Exemples 2 et 4, les formes de réa- lisation dans lesquelles le second support est impré- gné et supporté par la solution mixte du premier sup- port et du facteur ostéoformateur ont été décrites à titre d'exemple, mais au lieu de faire imprégner et supporter par la solution mixte, le mélange peut être simplement fixé au second support. L'état fixé est ce- lui dans lequel le mélange est fixé à la surface du second support, tandis que l'état imprégné et supporté est celui dans lequel le mélange est fixé non seule- ment à la surface, mais également à chaque recoin de l'intérieur du second support et, en conséquence, la différence entre les deux est simplement une différen- ce concernant l'importance de la formation d'os. Il va de soi que l'invention n'est pas limi- tée aux formes de réalisation décrites et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Biomatière ostéoformatrice artificielle, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange de facteur ostéoformateur et d'un premier support pour ledit facteur, ledit support étant choisi entre le collagène, ses dérivés et ses produits de dénaturation. 2. Biomatière ostéoformatrice artificielle, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange de fac- teur ostéoformateur et d'un premier support pour ledit facteur, ledit support étant choisi entre le collagène, ses dérivés et ses produits de dénaturation, et un se- cond support pour ledit mélange, ledit support étant constitué d'un corps conformé en matière céramique, métal ou résine synthétique, ledit mélange étant fixé audit second support, ou imprégné et supporté par lui. 3. Biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit facteur ostéoformateur est un facteur ostéoforma- teur isolé et purifié à partir d'ostéosarcome de Dunn ou un facteur ostéoformateur humain isolé et purifié à partir d'un ostéosarcome humain. 4. Biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit mélange du premier support et du facteur ostéo- formateur consiste en une solution mixte de liquides respectifs contenant ledit support et ledit facteur ostéoformateur. - 5. Biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit premier support est sous forme d'une solution, dans l'acide chlorhydrique, de collagène ou de gélatine et le facteur ostéoformateur est sous forme d'une solution, dans l'acide chlorhydrique, dudit facteur ostéoforma- teur humain. 6. Biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit mélange du premier support et du facteur ostéoformateur est un mélange lyophilisé issu d'un liquide mixte cons- titué par des liquides respectifs contenant ledit pre- mier support et ledit facteur. 7. Biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit mélange du premier support et du facteur ostéoformateur est une substance gélifiée issue d'un liquide mixte constitué par des liquides respectifs contenant ledit support et ledit facteur. 8. Biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit second support est un corps conformé d'hydroxyapatite et de matière céramique du type alumine. 9. Biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit mélange du premier support et du facteur ostéoformateur est imprégné dans et supporté par ledit second support. 10. Biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit liquide mixte imprégné dans et supporté par ledit se- cond support est formé en un gel et lyophilisé. 11. Procédé de fabrication d'une biomatière ostéoformatrice artificielle, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant a mélanger un liquide contenant un premier support pour un facteur ostéofor- mateur avec un liquide contenant le facteur ostéofor- mateur, ledit premier support étant choisi entre le collagène, ses dérivés et ses produits de dénaturation. 12. Procédé selon la revendication 11, carac- térisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à faire en sorte qu'un liquide mixte contenant un premier support pour un facteur ostéoformateur et un liquide contenant ledit facteur ostéoformateur soient fixes à ou imprégnés et supportés par un second support cons- titué d'un corps conformé en une matière céramique, un métal ou une résine synthétique, ledit premier sup- port étant choisi entre le collagOne, se drvs - et ses produits de dénaturation. 13. Procédé de fabrication d'une biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit premier support est sous forme d'une solution dans l'acide chlorhydrique de collagène ou d'une solution aqueuse de gélatine et ledit liquide contenant le facteur ostéoformateur est une solution de facteur ostéoformateur humain isolé et purifié à partir d'ostéosarcome humain. 14. Procédé de fabrication d'une biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que ledit second support est de l'hydroxyapatite ou une matière céramique du type alumine. 15. Procédé de fabrication d'une biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 11 ou 13, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape de lyophilisation d'un liquide mixte contenant ledit premier support et ledit facteur ostéoformateur. 16. Procédé de fabrication d'une biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication I1l ou 13, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une étape de mise en forme de gel dudit liquide mixte con- tenant ledit premier support et ledit facteur ostéofor- mateur. 17. Procédé de fabrication d'une biomatière ostéoformatrice artificielle selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à gélifier et lyophiliser un liquide mixte contenant le premier support imprégné dans et supporté par ledit se- cond support. 18. Procédé de fabrication d'une biomatiêre artificielle ostéoformatrice selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend finalementune étape de stérilisation au moyen d'oxyde d'éthylène gazeux.