Brevet FR2585576A1 — publié le 19870206

i PRODUIT DE REMPLACEMENT DE LA MATRICE OSSEUSE FAVORISANT L'OSTEOGENESE La présente invention concerne un produit de remplacement de la matrice osseuse favorisant l'ostéogénèse. La perte de substance osseuse primitive ou secondaire a toujours posé des problèmes de reconstruction au chirurgien orthopédiste. Le capital osseux de l'homme n'est pas inépuisable même si des prélèvements peuvent être réalisés sur des zones donneuses sans préjudice mécanique: crêtes iliaques, épiphyses et métaphyses fémorales et tibiales, par exem- pie. Les os de banques d'origine humaine ou animale posent des problèmes de réalisation technique et leur devenir fonctionnel n'est pas toujours mécaniquement satisfaisant. C'est pourquoi, on s'est efforçé de rechercher des matériaux de substitution d'origine plus ou moins organique. Ceux-ci peuvent être soit définitifs, soit temporaires. Dans le premier cas, ils autorisent une colonisation cellulaire, alors qu'ils apportent une résistance mécanique initiale non négligeable (coraux par exemple). Dans le deuxième cas, ils font progressivement place à un tissu ostéolde susceptible de prendre les caractères mécaniques et histologiques du tissu osseux avec le temps et les contraintes. La présente invention s'est donné pour objet de fournir un bio- matériau appartenant à cette deuxième catégorie, dont la composition se rapproche de celle de la matrice osseuse afin de disposer d'un produit de remplacement favorisant l'ostéogénèse lors de traitements de trauma- tismes comportant des pertes osseuses. On sait que, l'os, forme rigide de tissu conjonctif, est formé de cellules et d'une matrice extracellulaire. Cette matrice est essentiel- lement constituée de fibres de collagène, de protéoglycanes et d'une partie minérale. La partie protéique renferme principalement du collagène de type 1, très réticulé. Cette réticulation importante rend impossible toute extraction de ce collagène sans une attaque enzymatique préalable. La partie mucopolysaccharidique est composée essentiellement d'acide chondroitine-4-sulfate et, dans une moindre mesure, d'acide chondroitine6- -sulfate et d'acide hyaluronique. La partie minérale renferme environ 85 % d'hydroxyapatite, du carbonate de calcium et de faibles quantités de fluorures de calcium et de magnésium. Cette matrice a deux fonc- tions: d'abord un rôle mécanique de soutien et un rôle biologique en constituant un milieu de choix pour la vie et le développement des cellu- les de l'os, les ostéoblastes. Des expériences intéressantes (Hayashi et Col. Arch. Orthop. traumat. et Surg. 99, 265-269 - 1982) ont déjà été effectuées dans ce domaine sur la base de mélange collagène-hydroxy-apatite et l'on a constaté que ce biomatériau induisait une ostéogénèse plus importante que le collagène seul. Il faut toutefois noter que ce matériau présente quelques lacunes. Tout d'abord, le collagène natif ou déréticulé, sensible à l'attaque des collagénases, est dégradé dans l'organisme. D'autre part, c'est très souvent du collagène d'origine animale qui est utilisé pour la confection de biomatériau utilisé en thérapeutique humaine. Bien que l'immunogénicité du collagène soit très faible surtout lorsqu'il possède sa structure hélicoïdale, l'emploi, dans des applications chez l'homme, d'une protéine d'une espèce animale différente, peut entraîner des rejets de la part de l'organisme receveur. On sait, par ailleurs, le rôle important que jouent les glycosa- minoglycannes dans la migration et la prolifération cellulaire ainsi que dans l'activité de biosynthèse des cellules (I. Yannas, G. Skover et D. Michaeli). Les inventeurs ont pu, par ailleurs, déterminer que la biodégra- dabilité et l'immunogénicité du collagène pouvaient être sensiblement diminuées par l'utilisation de glycosaminoglycannes fixés au collagène, par réticulation déhydrothermique. Le produit de remplacement de la matrice osseuse facilitant l'ostéogénèse selon l'invention est donc un biomatériau nouveau constitué de l'association collagène-hydroxyapatite-glycosaminoglycanne. Le produit selon l'invention se présente avantageusement sous la forme d'éponges dont la préparation va maintenant être décrite à l'aide des exemples suivants qui illustrent l'invention sans toutefois la limiter. Exemple I: Préparation d'une éponge collagène déréticulé-acide chondroitine-4-sulfate-hydroxyapatite a) Préparation de collagène déréticulé Des peaux de veaux provenant d'animaux fraîchement abattus sont tout d'abord lavées à l'eau du robinet par brassage pendant une heure dans un foulon. Le système pileux et le tissu sous-cutané sont séparés du derme à l'aide d'une refendeuse à bande rotative. Le derme récupéré est haché et broyé. Le broyat est lavé par trois bains successifs de tampon phosphate (pH 7,8). Entre chaque bain, le broyat est séparé de la solution par centrifugation en continu à 4 000 t/minute. Le résidu est rincé par deux bains successifs d'eau permutée et le liquide est séparé du broyat de la même façon que dans les opéra- tions précédentes. Ces premiers traitements servent à éliminer les subs- tances non-collagéniques. Le tissu est alors placé dans une cuve contenant une solution de soude à pH 14. Après agitation pendant une demi- heure environ, l'ensemble est laissé au repos pendant huit jours. Le milieu est ensuite acidifié par l'acide chlorhydrique jusqu'à l'obtention d'un pH de 2. On ajoute au mélange obtenu du chlorure de sodium jusqu'à obtention d'une concentration de 10 %. Le collagène précipité est dialysé contre de l'eau permutée stérile. b) Préparation de l'acide chondroitine-4-sulfate Cet acide est extrait des cloisons nasales de veau. Celles-ci sont tout d'abord lavées soigneusement dans une solution de chlorure de sodium à 9 pour I 000. Elles sont ensuite hachées et broyées. Le broyat est alors placé à raison de I kg par litre dans une solution de potasse à 0,5 N. Après agitation, l'ensemble est laissé au repos à tempé- rature ambiante pendant 24 heures. Au bout de ce laps de temps, le surnageant est séparé des matières insolubles parcentrifugation à 30 000 g pendant 50 minutes. De l'acide acétique pur est ajouté au surnageant pour neutraliser la soude. La solution est ensuite concentrée cinq fois par évaporation sous vide. Le concentrat est versé dans trois fois son volume d'éthanol. Le précipité, récupéré par décantation, est dissous dans l'eau permutée. L'acide chondroitine-4-sulfate est obtenu par lyophi- lisation de cette solution. c) Préparation de l'hydroxyapatite Deux volumes V de solution 0,5 M de CaCI2 et 0,5 M de Na2 HPO 4 sont versés sous agitation à des vitesses égales dans un bécher. Le précipité formé est décanté et lavé quatre fois avec des volumes 2V d'eau. La suspension est diluée dans un volume 2V d'eau distillée et il lui est ajouté dans une proportion de 100 ml pour 4 I une solution fraîchement préparée de NaOH à 40 %. Le mélange est maintenu à l'ébullition pendant une heure. Après décantation, le liquide surnageant est éliminé. Le précipité récupéré est lavé quatre fois par l'eau. Du tampon phosphate de sodium à 0,01 M à pH 6,8 est ajouté au précipité et la suspension est portée à ébullition. Après décantation, le surnageant est éliminé et du tampon frais est ajouté. La suspension est alors main- tenue à ébullition pendant cinq minutes. Après décantation, le précipité est maintenu à ébullition dans le même tampon pendant 15 minutes et ensuite deux fois avec un tampon phosphate 0,001 M. Après élimination de l'eau, l'hydroxyapatite, est obtenue sous forme de poudre. d) Préparation du mélange et obtention de l'éponge 20 g d'hydroxyapatite et 1,6 g d'acide chondroitine-4-sulfate sont placés dans un litre de gel d'atelocollagène à 1 % dans l'eau pérmu- tée à un pH de 6,5. Après homogénéisation, le mélange est versé dans un plateau, puis lyophilisé. Le lyophilisat est alors découpé en morceaux de dimensions 35x 20 x 10 mm. Les éponges ainsi obtenues sont séchées sous vide de 0,1 mm de mercure pendant 48 heures à 80 C. Exemple 2: Préparation d'une éponge collagène natif-acide chondroîtine-4sulfate-hydroxyapatite a) Préparation d'une suspension homogène de collagène Des peaux de veaux provenant d'animaux fraîchement abattus sont lavées à l'eau du robinet par brassage pendant une heure dans un foulon. Le système pileux et le tissu sous-cutané sont séparés du derme à l'aide d'une refendeuse à bande rotative. Le derme récupéré est hâché et broyé. Le broyat est lavé par trois bains successifs de tampon phosphate pH 7,8. Entre chaque bain, le broyat est séparé de la solution par centrifugation en continu à 4 000 t/minute. Le résidu est rincé par deux bains successifs d'eau permutée stérile et le liquide est séparé du broyat de la même façon que dans les opérations précédentes. Le tissu est alors placé dans une solution d'acide acétique. La concentration en collagène de cette solution doit être de 10 % et celle de l'acide de 40 % par rapport à la protéine. La pâte obtenue est ensuite diluée par l'eau permutée stérile de façon à obtenir une concentration de 3 % en collagène. Cette nouvelle préparation est homogénéisée dans un broyeur type Ultra-Turrax. b) La préparation de l'acide chondroitine-4-sulfate se fait dans 35.les conditions indiquées dans l'exemple 1. c) La préparation de l'hydroxyapatite se fait dans les conditions indiquées dans l'exemple 1. d) Préparation du mélange et obtention de l'éponge Dans le gel de collagène à 3 g sont ajoutés sous forme solide l'hydroxyapatite et le glycosaminoglycanne, la concentration finale pour la première substance étant égale à celle du collagène et celle de la deuxième substance étant six fois inférieure. Après une agitation d'une durée minimum d'une heure, le mélange est centrifugé. Le culot est ensuite placé dans un plateau ou dans un récipient de forme adéquate et lyophilisé. La dureté du matériau obtenu variera dans le même sens que la vitesse et la durée de la centrifugation. Expérimentation des éponges collagène-hydroxyapatite-glycosa- minoglycannes Une expérimentation animale a été réalisée en utilisant un modèle de pseudoarthrose expérimental. Ce travail a consisté à enlever chez des chiens 20 à 25 mm de portions de fémur et à combler l'espace ainsi libéré à l'aide de plusieurs éprouvettes du biomatériau à tester. La rigidité de l'ensemble a été assurée par une plaque métallique vissée dans les deux parties de l'os rendues non solidaires. Certains chiens ont subi une trépanation du grand trochanter à l'aide d'un foret et d'une fraise de façon à pouvoir implanter un morceau d'obturateur médullaire constitué de collagène acido soluble d'hydroxyapatite et de glycosamino- glycanne. D'autres chiens ont servi de témoins. Dans ce but, ils ont reçu en implantation dans la perte de substance diaphysaire de l'os spongieux prélevé sur la crête iliaque homolatérale. Le lieu de prélève- ment a été comblé par les éprouvettes atélocollagène hydroxyapatite- glycosaminoglycannes. Les animaux ont été sacrifiés à des temps variant entre un et six mois après les implantations des éprouvettes. Les résultats de cette experimentation ont montré qu'il n'y avait pas de réaction inflammatoire aigie vis-à-vis du biomatériau et qu'aucune réaction immunitaire ne semblait se manifester vis-à-vis du collagène. On a pu constater un comblement de la perte de substance et, dans certains cas, un agrafage osseux avec un aspect radiologique homogène dense avec, à l'histologie, un véritable front d'ossification. De plus, les éprouvettes semblent empêcher l'apparition d'une fibrose cicatricielle qui s'oppose par substitution progressive à la consolidation. Enfin, elles évitent la constitution d'une pseudoarthrose, si le montage os-biomatériau reste solide. Le biomatériau décrit ci-avant présente donc un grand intérêt dans la chirurgie de l'appareil locomoteur et reconstructif. - REVENDICATKIONS - 1- Produit de remplacement de la matrice osseuse facilitant l'ostéogénèse, caractérisé en ce qu'il est constitué de l'association colla- gène-hydroxyapatite-glycosaminoglycanne. 2- Produit de remplacement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collagène est du collagène déréticulé. 3- Produit de remplacement selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la concentration en hydroxyapatite se situe entre et 25 % et la concentration en glycosaminoglycanne entre I et 2 % pour un litre de gel de collagène à 1 %. 4- Produit de remplacement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collagène est du collagène natif. - Produit de remplacement selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que la concentration en collagène est identique à la concentration en hydroxyapatite et est six fois supérieure à la con- centration en glycosaminoglycanne.