Brevet FR2607008A1 — publié le 19880527

La présente invention concerne une matière pour prothèse osseuse (charge de remplissage) utile dans les domaines de chirurgie orale, de chirurgie orthopédique et dans d'autres domaines dans le but de remplir la partie vide laissée par un os qui a été enlevé, cet enlèvement de l'os pouvant résulter d'une opération pratiquée sur une tumeur osseuse, une pyorrhée alvéoLo dentaire ou d'autres maladies. La présente invention concerne également un procédé pour produire une telle matière pour prothèse osseuse. Les matières pour prothèse osseuse du type envisagé par la présente invention étaient utilisées jusqu'à présent sous forme de blocs, de granules ou d'autres formes qui sont réalisés en métaux (par exemple alliages de cobalt-chrome, titane, et acier inoxydable), en matière céramiques (par exemple alumine, zircone, triphosphate de calcium, hydroxyapatite, et verre à base de phos- phate de calcium), en matières à poids moléculaire éLevé (par exemple résines de silicone) et en carbone. Parmi ces matières, celles qui sont à base du groupe de phos- phate de calcium telles que le triphosphate de calcium, l'hydroxy- apatite et les verres à base de phosphate de calcium ont fait l'objet d'études les plus intensives ces dernières années pour la raison qu'elles ont une composition très similaire à celle des os et qu'elles exhibent un degré extremement élevé de biocompatibilité. Toutefois, même ces matières pour prothèse osseuse faites en matières à base du groupe phosphate de calcium sont "étrangères" aux tissus vivants et leur aptitude à adhérer à une nouvelle croissance de l'os est limitée à la zone qui est proche des tissus vivants intéressés. Dans les zones éloignées de ces tissus vivants, les matières de prothèse sont soumises à une réaction dite d'encapsulation selon laquelle elles sont entourées d'un tissu fibreux au point de devenir excessi- vement souple. Ainsi, dans les zones o le processus de guérison est inactif, même les matières pour prothèse osseuse faites en matières à base de phosphate de calcium ne présentent pas une bonne biocom- patibilité avec les tissus du corps en raison de leur encapsulation dans un tissu fibreux. La demande de brevet japonais publiée non examinée no 21763/1985 décrit une matière osseuse artificielle qui est composée d'hydroxyapatite frittée ayant des cellules ouvertes avec des tailles de 10-100 pm et une résistance à la flexion d'au moins 100 kg/cm2. Toutefois cette matière osseuse artificieLLe doit perdre de sa poro- sité en vue d'atteindre une résistance à la flexion d'au moins 100 kg/cm2, et le nombre de cellules ouvertes qu'elle contient est trop faible pour empêcher efficacement l'encapsulation dans une capsule fibreuse. La présente invention a pour objet de fournir une matière pour prothèse osseuse qui est capable d'adhérer à la nouvelle crois- sance de l'os sans subir l'encapsulation dans une capsule fibreuse même lorsqu'elle est dans un site qui est éloigné des tissus vivants et o le processus de guérison est inactif. Un autre objet de l'invention concerne un procédé pour la pro- duction d'une telle matière perfectionnée pour prothèse osseuse. L'invention peut être résumée comme étant une matière pour prothèse osseuse composée de phosphate de calcium poreux sous forme granulaire. Les granules ont des cellules ouvertes avec une taille moyenne de pore de 0,01-10 pm. Sur les dessins suivants, la figure 1 est une micrographie électronique (x100) montrant la structure d'un granule de matière pour prothèse osseuse préparé dans l'exemple de la présente invention; et les figures 2 et 3 sont des micrographies électroniques mon- trant la même structure granulaire mais à des grossissements dif- férents de 1 000 et 10 000. La matière pour prothèse osseuse selon la présente invention est composée de granules poreux à base de groupe phosphate de cal- cium ayant des cellules ouvertes avec une taille moyenne de pore de 0,01-10 gm. Conformément à la présente invention, cette matière pour pro- thèse osseuse est produite par un procédé qui comprend les étapes de mélange d'une poudre de phosphate de calcium avec des particules organiques inflammables ayant une taille moyenne de 0,01-10 pm, de granulation du méLange résultant, et d'inflammation du méLange gra- nulé. L'encapsulation de la matière pour prothèse osseuse introduite dans le corps vivant est induite par des macrophages qui adhèrent à la matière de prothèse et qui l'identifient comme étant une matière étrangère. Les présents inventeurs ont conduit une étude de ce phénomène et onttrouvé que s'il y a un passage des fluides du corps au niveau du site de la matière pour prothèse osseuse à laquelle les macrophages ont adhéré, la charge de remplissage prothétique ne sera pas considérée comme matière étrangère par les macrophages et ne subira pas l'encapsulation dans un tissu fibreux. La présente invention a été réalisée sur la base du fait qu'en formant des cellules ouvertes dans une matière pour prothèse osseuse, on prévoit des passages pour les fluides du corps vers l'intérieur de la matière prothétique et on empêche son encapsulation dans les tissus fibreux et favorise son adhérence à l'intérieur d'une nouvelle croissance de l'os. Afin que la matière pour prothèse osseuse ne soit pas identifiée comme matière étrangère par les macrophages, la taille des pores des cellules ouvertes dans la matière prothétique est importante et en particulier elle ne doit pas être excessi- vement plus grande que les macrophages. Pour répondre à ces conditions nécessaires, la matière pour prothèse osseuse selon la présente invention comporte des cellules ouvertes ayant une taille moyenne de pore supérieure à 0,01 gm mais inférieure à 10 pm. Cet intervalle de taille moyenne de pore sera traduit par 0,01-10 pm. Il est difficile de produire une matière pour prothèse osseuse avec des cellules ouvertes ayant une taille moyenne de pore inférieure à 0,01 pm. De plus, les fluides du corps ont un accès limité à ces cellules excessivement petites et une suppression satisfaisante de l'encapsulation ne peut pas être obtenue. Des cellules ayant une taille moyenne de pore dépassant 10 pm sont beaucoup plus grandes que les macrophages pour fournir un passage pour les fluides du corps au niveau du site auquel les macrophages vont adhérer et il est également difficile d'obtenir une suppression satisfaisante de l'encapsulation de la matière pour prothèse osseuse. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les granules qui constituent la matière pour prothèse osseuse ont, en moyenne, au moins une cellule ouverte avec une taille moyenne de pore de 0,01-10 im à l'intérieur d'une surface de 10 pm. Si cette condition est satisfaite, Les cellules ouvertes ayant une taiLle moyenne de pore comprise dans l'intervalle spécifié sont distribuées à une densité qui augmente la probabilité selon laquelle les cellules ouvertes seront situées au niveau du site o les macrophages doivent adhérer et de ce fait, la suppression de l'encapsulation est assurée d'une manière plus efficace. Selon un autre mode préféré de réalisation de la présente invention, les cellules ouvertes dans les granules de matière pour prothèse osseuse ont une taille moyenne de pore de 0,01-1.m. Si cette condition est satisfaite, les macrophages qui adhérent aux cellules ouvertes vont les ponter pour assurer un meilleur résul- tat dans la suppression de l'encapsulation. Selon encore un autre mode préféré de réalisation de la pré- sente invention, les granules de matière pour prothèse osseuse ont une porosité de 60-90 %. Si la porosité est inférieure à 60 %, les cellules ouvertes désirées ne se forment pas facilement et aucun pas- sage satisfaisant pour les fluides du corps ne sera prévu. Si la porosité dépasse 90 %, il est très vraisemblable que les granules résultants ont une résistance mécanique réduite et sont friables. Selon la présente invention, les granules qui constituent la matière pour prothèse osseuse ne sont pas limités en ce qui concerne leur forme et ils peuvent avoir une forme sphérique ou une forme anormale. Afin de faciliter l'opération de remplissage, les granules ont de préférence une taille moyenne de 0,1-1 mm. Si les granules ont une taille moyenne inférieure à 0,1 mm, ils seront déplacés facilement par l'écoulement des fluides du corps. Si la taille moyenne des granules dépasse 1 mm, il se formera des espaces trop nombreux ou excessivement grands entre les granules pour empê- cher une adhérence effective à une nouvelle croissance de l'os. On peut utiliser dans la présente invention n'importe quelle ma- tière connue à base de groupe phosphate de calcium pour fabriquer une poudre à mélanger avec des particules organiques inflammables dans la fabrication de la matière pour prothèse osseuse revendiquée. Les matières à base de groupe phosphate de calcium particulièrement préférables incluent L'hydroxyapatite et le triphosphate de calcium. La poudre de phosphate de calcium fabriquée à partir de ces matières est composée de particules qui ont typiquement une taille moyenne d'environ 1 à environ 10 pm. Ces particules peuvent être broyées dans un broyeur à bille ou dans un autre dispositif approprié en particules fines ayant une taille moyenne d'environ 0,05 à environ 1 pm. Les particules organiques inflammables peuvent être sous La forme de perles de résine synthétique telle que polystyrène, alcool poly- vinylique et polypropylène. Alternativement, elles peuvent être préparées par division fine de la céllulose, des fibres animales ou d'autres matières fibreuses. En vue de former des cellules ouvertes ayant une taille moyenne de pore de 0,01-10 pm, les particules orga- niques inflammables doivent avoir une taille moyenne comprise dans le même intervalle. Dans la granulation d'un mélange de poudre à base de groupe phosphate de calcium et de particules organiques inflammables, on peut éventuellement ajouter à titre de liant de l'eau, de l'alcool polyvinylique ou d'autres matières appropriées. Le mélange qui forme la matière de départ contient de préférence 30-70 parties (% en poids) de particules organiques inflammables pour 100 parties (% en poids) de poudre à base de groupe phosphate de calcium. Si la teneur en particules organiques inflammables est inférieure à 30 % en poids, aucune porosité satisfaisante n'est obtenue dans les granules prothétiques. Si la teneur en particules organiques inflammables dépasse 70 % en poids, les granules prothétiques résultants ont une porosité tellement élevée que leur résistance mécanique diminue. Divers méthodes peuvent être employées pour réaliser la gra- nulation. L'une des méthodes consiste à mélanger une poudre de phos- phate de calcium avec les particules organiques inflammables pour former une bouillie qui est ensuite séchée pour former un bloc qui est subséquemment broyée en finesparticules. Une autre méthode consiste à employer un granulateur du type à disque. Le produit de granulation ainsi préparé est ensuite enflammé. Bien qu'il n'y ait aucune limitation particulière pour les conditions qui peuvent être employées pour enflammer le produit de granulation, le procédé suivant est recommandé. Le produit de gra- nulation est chauffé depuis la température ambiante à environ 600 C à un taux d'environ 50 C/h afin de brûler les parties organiques inflammables. Le produit de granulation est ensuite chauffé à envi- ron 1 200 C à un taux d'environ 100 C/h et maitenu à cette tempéra- ture pendant 8 h pour réaliser un frittage. La matière pour prothèse osseuse produite par la méthode décrite cidessuspeut être utilisée de la manière suivante. Après avoir été stérilisée, la charge de remplissage est mélangée avec une solution saline physiologique stérile et le mélange résultant est chargé dans la partie vide d'un os. La matière protéthique chargée adhérera au tissu osseux environnant via une nouvelle crois- sance de l'os et remplit ainsi la partie vide de l'os. Dans un broyeur à bille on charge 600 g d'une poudre d'hydroxy- apatite synthétique (taille de particule: 1-10 pm), 400 g de perles de polystyrène "perles fines" (commercialisée par Sumitomo Chemical Co., Lt.; taille moyenne de particules 6.m) et 2 000 ml d'eau distillée et on met en marche le broyeur à bille pendant 24 h pour obtenir une bouillie d'hydroxyapatite ayant une taille moyenne de particule de 0,6 pm. La bouillie est placée dans un disque pétri qui est placé dans une étuve avec une circulation d'air interne pendant 24 h à 100 C pour sécher la bouillie en un bloc. Le bloc sec est pulvérisé dans un mortier en granules (100-1 000 pm) qui sont brûlés dans un four électrique dans les conditions suivantes: chauffage de la température ambiante à 600 C à un taux de 50 C/h; chauffage subséquent de 600 C à 1 200 C à un taux de 100 C/h; maintien à 1 200 C pendant 8 h; et refroidissement à un taux de C/h. Les granules d'hydroxyapatite brûlés sont tamisés à un inter- valle de taille de 300-500 pm par passage à travers un tamis en acier inoxydable. La matière pour prothèse osseuse constituée par les granules ainsi préparés a des ceLlules ouvertes ayant une taille moyenne de pore d'environ 4 ipm. Des micrographies électroniques d'un seul granule de cette matière prothétique sont reproduites à la figure 1 (x100) et à la figure 3 (x 10 000). Comme décrit dans les pages précédentes, la matière pour pro- thèse osseuse selon la présente invention est composée de granules poreux à base de groupe phosphate de calcium ayant des cellules ouvertes avec une taille moyenne de pore de 0,01-10 pm. Les granules qui constituent cette charge de remplissage permet le passage des fluides corporels au niveau du site d'adhérence des macrophages et ne seront pas reconnus comme matière étrangère par les macro- phages adhérents. Ceci fournit un moyen efficace pour empêcher l'encapsulation des granules dans des tissus fibreux et favorise l'adhérence des granules à une nouvelle croissance de l'os et par suite le processus de guérison de la zone traitée. REVENDICATIONS 1. Une matière pour prothèse osseuse,caractérisée en ce qu'elle est composée de granules poreux à base de groupe phosphate de cal- cium ayant des cellules ouvertes avec une taille moyenne de pore de 0,0110 pm. 2. Une matière pour prothèse osseuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que Les granules ont en moyenne au moins une cet- lule ouverte à l'intérieur d'une surface de 10 gm. 3. Une matière pour prothèse osseuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que les cellules ouvertes ont une taille moyenne de pore de 0,01-1 pm. 4. Une matière pour prothèse osseuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les granules ont une taille moyenne de 0,1-1 mm. 5. Une matière pour prothèse osseuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les granules ont une porosité de 60-90 %. 6. Une matière pour prothèse osseuse selon la revendication 3, caractérisée en ce que les granules à base de groupe phosphate de calcium comprennent de l'hydroxyapatite. 7. Une matière pour prothèse osseuse selon la revendication 3, caractérisée en ce que les granules à base de groupe phosphate de calcium comprennent du triphosphate de calcium. 8. Un procédé pour la production d'une matière pour prothèse osseuse caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de mélange d'une poudre à base de phosphate de calcium et desparticuLes organiques inflammables, de granulation du mélange résultant, et d'inflammation du produit de granulation. 9. Un procédé orthopédique selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les particules organiques inflammables ont une tailLe moyenne de 0,01-10 pim. 10. Un prbcédé orthopédique selon la revendication 9, caracté- risé en ce que la quantité de particules organiques inflammables est de 30-70 parties pour 100 parties en poids de poudre à base de phosphate de calcium. 11. Un procédé orthopédique seLon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comprend, en outre, l'étape d'addition d'eau ou d'alcool polyvinylique comme liant au mélange résultant. 12. Un procédé orthopédique selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comprend également l'étape de chargement du produit de granulation brûlé au voisinage d'un os. 13. Procédé orthopédique caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de chargement au voisinage d'un os d'une matière prothétique composée de granules poreux à base de groupe phosphate de calcium ayant des cellules ouvertes avec une taille moyenne de pore de 0,01-10 pm.