Brevet FR2872822A1 — publié le 20060113

COLLE LYOPHILISEE A BASE DE COLLAGENE ET SON UTILISATION POUR LA FABRICATION DE PROTHESES COLLANTES La présente invention se situe dans le domaine des colles destinées à un usage chirurgical ou thérapeutique. D'une manière plus précise, la présente invention a trait à une colle comprenant un mélange de collagène et d'un agent réticulant de type aldéhyde ou du collagène modifié portant des fonctions aldéhyde et se présentant sous forme lyophilisée. Elle concerne également un procédé de préparation d'une telle colle, ses applications, l'association de cette colle à un matériau prothétique permettant d'obtenir des prothèses collantes et la méthode de préparation desdites prothèses. Cette colle est particulièrement adaptée pour le collage de deux tissus biologiques entre eux ou pour le collage d'une prothèse sur un tissu biologique. Elle peut également être appliquée directement sur un tissu biologique. Dans ce dernier cas, elle peut notamment servir d'hémostatique local ou de support d'agents actifs à libération contrôlée. Les colles biologiques présentes sur le marché sont essentiellement de deux types: les colles à base de fibrine et les colles à base de collagène. Les colles à base de fibrine, telles que Tissucol, sont utilisées depuis les années 1970. Ces colles contiennent du fibrinogène dont la polymérisation est induite par une solution de thrombine en présence de facteur XIII et de fibronectine. Cette polymérisation conduit à la formation d'un caillot de fibrine qui réalise le collage. En fait, il s'agit de recréer in situ un phénomène de coagulation. Le problème lié à ces colles est l'utilisation de produits issus du plasma humain, avec les risques de contamination par des virus ou des agents transmissibles non conventionnels associés. 2872822 2 Le collagène est particulièrement bien adapté à une utilisation dans une colle puisque ce biomatériau, capable de se solidifier puis de se résorber, est biocompatible. Cependant, le collagène en tant que tel présente un faible pouvoir collant. Ainsi, une composition à base de collagène, résorcinol et formaldéhyde a été développée dans les années 1960 (colle GRF ou French glue). Le résorcinol combiné au formaldéhyde permet la réticulation dti collagène et la formation d'un réseau de polymères solide. Des problèmes de toxicité essentiellement liés à l'ajout du formaldéhyde ont été observés (Braunwald et al., Surgery, 59: 1024-1030 (1966) ; Bachet et al., J Thorac. Cardiovasc. Surg., 83: 212-217 (1982)). Le document EP 0 862 468 décrit, quant à lui, l'utilisation d'un polyaldéhyde macromoléculaire, tel que l'amidon oxydé, pour la réticulation d'un composant collagénique dans le cadre de colles biologiques biodégradables. En effet, il est montré que le mélange d'un tel aldéhyde et d'un composant collagénique, tous deux en solution aqueuse ou réhydratés après lyophilisation, sont aptes à former un matériau réticulé adhérent, sans phénomène de diffusion de l'aldéhyde. Cependant, il s'avère qu'en pratique, le dispositif requis est complexe et d'une manipulation délicate pour l'utilisateur. Il nécessite: des moyens de stockage et de mise à disposition de deux compositions distinctes, l'approvisionnement de ces compositions dans des seringues chauffantes, leur mélange extemporané au moyen d'un dispositif spécifique, l'application du mélange, dans les meilleurs délais, au niveau de la plaie à traiter. Il en résulte que ce type de colle n'est pas d'usage pratique. 2872822 3 Le document EP 0 913 162 envisage l'application d'un renfort associé à du collagène, par exemple du collagène bovin réticulé par le glutaraldéhyde, pour le traitement des hernies. Dans ce document, le collage est obtenu par application d'une énergie et d'une pression, l'énergie ayant pour effet de créer des extrémités libres au niveau des fibres de collagène et la pression ou force créant de nouvelles liaisons entre ces extrémités et les chaînes polymériques des autres surfaces en jeu. Dans ce dernier cas, le produit est directement prêt à être utilisé et son stockage est facilité. Cependant, l'obtention de l'effet collant dépend de l'apport par le praticien d'une source d'énergie. Cette étape nécessite la présence d'un matériel spécifique et complique grandement la technique opératoire. Elle ne présente finalement pas beaucoup d'intérêt en terme de coût et de temps par rapport aux moyens de fixations habituels (agrafes et sutures). Il existe donc un besoin évident de colles biologiques et de prothèses dérivées faciles à préparer, à stocker, à transporter et à appliquer. Ainsi, le Demandeur a élaboré un produit, obtenu par lyophilisation d'un mélange de collagène et d'un aldéhyde ou de collagène présentant des fonctions aldéhydes, 20 et qui présente des propriétés collantes tout à fait intéressantes. Dans un premier mode de réalisation, la colle ainsi obtenue est uniquement constituée de collagène et de l'agent réticulant comportant au moins une fonction aldéhyde ou du collagène modifié de manière à présenter au moins une fonction aldéhyde. II est cependant envisageable que d'autres constituants soient ajoutés au mélange collagène/aldéhyde, tels que des additifs augmentant le pouvoir mouillant de la colle. Ces additifs peuvent, par exemple, être des polymères de sucres (dextrine et amidon). 2872822 4 Avantageusement, la colle selon l'invention contient en outre des éléments capables de polymériser avec l'aldéhyde pour augmenter la réticulation, comme par exemple des phénols, et plus particulièrement du résorcinol. On entend par "collagène" du collagène natif, partiellement dénaturé, voire totalement dénaturé (gélatine). Ceci inclut en particulier le collagène de type I et/ou III, d'origine animale (par exemple bovine), fibreux ou pepsiné. Le collagène se présente alors sous forme de suspension ou de solution (également appelée gel), respectivement, en fonction de la solubilité dudit collagène. A priori, la réticulation peut être réalisée à l'aide de toute molécule portant au moins une fonction aldéhyde apte à réagir avec le collagène. Avantageusement, et selon la présente invention, des petites molécules, telles que le glutaraldéhyde, jouent le rôle d'agent réticulant et sont à cet effet mélangées avec le collagène. En revanche sont exclus de la présente invention en tant qu'agent réticulant, les polysaccharides ou mucopolysaccharides oxydés polyaldéhydiques macromoléculaires d'origine naturelle, tels que amidon, dextrane, agarose, cellulose, chitosane, acide alginique, glycosaminoglycanes, acide hyaluronique, chondroïtine sulfate ou leurs dérivés. Alternativement, et selon un second mode de réalisation de l'invention, les fonctions aldéhydes sont apportées par le collagène lui-même. Dans ce but, le collagène est modifié pour créer des fonctions aldéhydes. Préférentiellement, les fonctions aldéhydes sont introduites sur le collagène soit par greffage desdites fonctions, soit par réaction enzymatique. Dans ces deux cas de figure, seuls les résidus lysine du collagène sont modifiés pour la création des fonctions aldéhydes. En revanche, selon l'invention, la coupure oxydative par voie chimique du collagène, telle que décrite dans le document FR 2 715 309, est exclue. 2872822 5 En pratique, la préparation d'une telle colle s'effectue par mélange de solutions (ou suspensions) de collagène d'une part, et d'aldéhyde d'autre part. Le mélange est réalisé à pH acide, en particulier à un pH compris entre 3 et 5,5 de manière à ce que la réticulation n'ait pas lieu ou que cette dernière soit incomplète. De manière adaptée, on met en présence 5 à 2000 mol de fonction aldéhyde par gramme de collagène. De la même manière, lorsque le collagène lui-même sert de source de fonctions aldéhydes, il est modifié de manière à créer 5 à 2000!mol de fonctions aldéhydes 10 par gramme de collagène et est maintenu à pH compris entre 3 et 5,5. On entend par "réticulation incomplète du collagène" le fait qu'il reste des fonctions aldéhydes libres prêtes à réagir in situ. Celles-ci réagiront une fois les conditions de pH redevenues favorables, au moyen du pouvoir tampon des fluides biologiques. Ensuite, le mélange collagène/aldéhyde et/ou le collagène modifié en solution est soumis à lyophilisation. La lyophilisation se caractérise par un séchage sous-vide du mélange congelé. Dans le contexte de l'invention, la lyophilisation présente de nombreux avantages. Elle permet en particulier de stopper la réaction de réticulation non achevée et ainsi stabiliser le produit avant utilisation. Cette stabilité sous forme sèche à température ambiante est une amélioration notable par rapport aux colles biologiques qui classiquement doivent être conservées à 4 C. Le produit obtenu est riche en collagène, comparé aux produits en solution qui sont limités par leur viscosité excessive. Le produit sous forme lyophilisée présente surtout l'atout d'être facilement manipulable par le praticien, comparé aux formulations liquides. Ainsi il est possible d'utiliser la colle lyophilisée par coelioscopie. Pour des applications cliniques, le collagène lyophilisé est ensuite stérilisé. La stérilisation représente l'étape ultime dans la préparation de la colle ou des prothèses selon l'invention. Elle peut être réalisée à l'aide d'agents physiques, tels 2872822 6 que les rayons ionisants (en particulier F ou 'y), ou par un agent chimique, tel que l'oxyde d'éthylène ou le peroxyde d'hydrogène. Il résulte de ce procédé de préparation une colle se présentant sous la forme d'un lyophilisat, solide et facilement manipulable. Une telle colle peut alors être conditionnée sous forme d'éponge ou de poudre. Son effet collant se développe pleinement une fois que la colle est introduite dans le corps humain, les conditions physiologiques renforçant la réticulation du collagène par solubilisation et augmentation du pH. De plus, cette préparation présente l'avantage d'associer pouvoir collant et pouvoir hémostatique. En effet, contrairement aux colles à base de gélatine, le collagène en conservant sa structure favorise la coagulation. Cette colle est donc parfaitement adaptée au collage de tissus biologiques entre eux. Alternativement, une colle selon l'invention peut être associée à un matériau prothétique pour assurer son collage au niveau d'un tissu biologique. Les matériaux prothétiques ont généralement un rôle de renfort et sont par exemple constitués de réseau tissé (par exemple fibres de polyester), non tissé, tricoté ou de polypropylène. Préférentiellement, le matériau prosthétique est un treillis en polyester, en polypropylène ou en cellulose. Dans un mode de réalisation avantageux, le matériau prosthétique est immergé dans la solution (ou suspension) obtenue par mélange du collagène avec l'agent réticulant et/ou contenant le collagène modifié. L'ensemble est alors soumis à lyophilisation. Ceci donne lieu à une association intime entre le matériau et la colle. A nouveau, dans le contexte thérapeutique ou chirurgical, il est nécessaire de stériliser la prothèse, selon les protocoles décrits ci-dessus. Cette colle peut être utilisée par exemple, lors d'interventions en chirurgie viscérale et pariétale où il est nécessaire de fixer la prothèse à un tissu. Par la suite, le renfort 2872822 7 prosthétique est soumis à la recolonisation cellulaire et à l'intégration tissulaire, permettant de traiter, par exemple, éventrations ou hernies. Par ailleurs, un effet anti-adhérant peut être créé sur l'une des faces de la prothèse ainsi obtenue, par coulage avant stérilisation d'un gel d'acide hyaluronique fonctionnalisé (avec des fonctions azote, amide, dihydrazide,...) et réticulé (par exemple au moyen d'amidon oxydé). Après enduction et séchage, et avant stérilisation, le produit obtenu peut éventuellement être soumis à nouveau à lyophilisation et/ou étuvage, afin de structurer davantage le film. En final, une prothèse dont l'une des faces est enduite d'acide hyaluronique fonctionnalisé et réticulé est obtenue. L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation suivant à l'appui de la figure annexée. Ceux-ci ne sont cependant en 15 aucun cas limitatifs. Figure 1: Force de collage (résistance en N) à 2 heures et à 24 heures de différentes colles: échantillon 1 selon l'invention (collagène) ; - colle cyanoacrylate; - colle constituée d'une solution de collagène et d'amidon oxydé ; - échantillon 3 selon l'invention (collagène modifié par greffage) ; échantillon 4 selon l'invention (collagène modifié par greffage + résorcinol) ; - colle à base de fibrine. Du collagène non dénaturé à 0,7%, extrait de peau de veau, est traité selon les indications suivantes: - échantillon No. 1: le collagène lyophilisé sans autre traitement est irradié par des rayons R à une dose de 20 kGy. 2872822 8 - échantillon No. 2: au collagène sous forme de suspension est ajouté sous agitation mécanique une solution de glutaraldéhyde à 20mmol/L de sorte à obtenir en final 3500 ppm de fonctions aldéhydes par rapport au collagène. Le mélange obtenu est coulé dans des alvéoles et lyophilisé pendant 48h à un vide final inférieur à 0,5 mbars. Le produit est enfin irradié par des rayons f3 à une dose de 20 kGy. échantillon No. 3: Pour assurer le greffage, au collagène sous forme de suspension est ajouté, à pH neutre sous agitation mécanique, une solution de glutaraldéhyde préalablement protégée par couplage avec un aminoacétaldéhyde. Après homogénéisation pendant 1h et trois lavages successifs pour éliminer les réactifs résiduels, la solution est acidifiée à pH 3,5. Le mélange obtenu est coulé dans des alvéoles et lyophilisé pendant 48h à un vide final inférieur à 0,5 mbars. Le produit est enfin irradié par des rayons y à une dose de 25 kGy. échantillon No. 4: semblable à l'essai 3, avec ajout de 0,07% de résorcinol en concentration finale, dans la solution avant lyophilisation. Le produit est irradié par des rayons y à une dose de 25 kGy. Lors de ces différents essais, la colle est associée à une prothèse en polyester utilisée en renfort de paroi lors de l'étape de lyophilisation. A noter que la stérilisation des échantillons contenant du collagène partiellement dénaturé (échantillons 2 à 4) soit réalisée à 20 kGy ou 25 kGy, par rayonnement f3 ou y, n'a pas d'impact sur les niveaux de collage obtenus. Les produits sont soumis à un test de collage. Ce test consiste à placer la prothèse enduite de la colle entre deux morceaux de muscle imbibés de tampon pH7. Ces derniers sont incubés à 37 C en milieu humide pour recréer les conditions du dispositif implanté in vivo. Après 2 et 24 h d'incubation, les essais sont soumis. à une traction transversale et la résistance maximale opposée par le collage est enregistrée au moyen d'un dynamomètre. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau ci-dessous. Tableau 1: Force de collage du collagène traité Réticulation Lyophilisation et Force de collage à Force de collage partielle stérilisation 2h (N) à 24h (N) 1 - + 2 1 2 glutaraldéhyde + 3 2 3 greffage + 4 2 4 greffage + résorcinol + 4,9 5 On constate qu'une réticulation partielle du collagène, suivie d'une lyophilisation, permet d'obtenir une bonne force de collage (avec glutaraldéhyde: échantillon 2), voire très bonne dans le cas du collagène modifié par greffage (échantillons 3 et 4), même après stérilisation aux rayons 'y. De manière à évaluer l'efficacité de l'invention, cette dernière a été comparée à des colles implantables utilisées en chirurgie. Il a été choisi comme témoin trois 15 colles représentatives de trois familles de colles différentes: - colle à base de fibrine - colle constituée d'une solution de collagène et d'amidon oxydé colle cyanoacrylate non implantable La comparaison entre ces différentes colles et l'invention a été effectuée à partir du modèle expérimental précédemment décrit. Les résultats obtenus sont consignés à la figure 1. Les forces de collage obtenues avec le dispositif revendiqué (échantillons 3 et 4) 25 sont meilleures que pour les colles fibrine et gélatine/amidon. Seule la colle cyanoacrylate permet d'atteindre le même niveau de performance au bout de 24 h. REVENDICATIONS 1/ Colle comprenant: un mélange de collagène et d'un agent réticulant présentant au moins une fonction aldéhyde, à l'exception d'un polysaccharide ou mucopolysaccharide oxydé polyaldéhydique macromoléculaire biodégradable d'origine naturelle; et/ou du collagène modifié de manière à présenter au moins une fonction aldéhyde, à l'exception du collagène modifié par coupure oxydative, caractérisée en ce qu'elle se présente sous forme lyophilisée. 2/ Colle selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'agent réticulant est du glutaraldéhyde. 3/ Colle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le collagène présente des fonctions aldéhydes au niveau de ses résidus lysine. 4/ Colle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend 20 en outre au moins un phénol, préférentiellement du résorcinol. 5/ Procédé de préparation d'une colle selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant les étapes suivantes: - on mélange du collagène et un agent réticulant comportant au moins une 25 fonction aldéhyde; et/ou - on modifie le collagène de manière à créer au moins une fonction aldéhyde, caractérisé en ce qu'on lyophilise le mélange et/ou le collagène ainsi obtenu. 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on modifie le collagène 30 par greffage de fonctions aldéhyde ou par réaction enzymatique. 2872822 11 7/ Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on stérilise le produit après lyophilisation. 8/ Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la préparation de la colle se déroule à un pH compris entre 3 et 5,5. 9/ Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'on mélange 5 à 2000 mol de fonctions aldéhyde par gramme de collagène. 10/ Prothèse collante comprenant un matériau prosthétique associé à une colle selon l'une des revendications 1 à 4. 11/ Prothèse selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend en 15 outre, sur l'une de ses faces, un film anti-adhérent constitué d'acide hyaluronique réticulé et fonctionnalisé. 12/ Méthode de préparation d'une prothèse lyophilisée collante comprenant les étapes suivantes: on mélange du collagène et un agent réticulant comportant au moins une fonction aldéhyde, à l'exception d'un polysaccharide ou mucopolysaccharide oxydé polyaldéhydique macromoléculaire biodégradable d'origine naturelle; et/ou - on modifie le collagène de manière à créer au moins une fonction aldéhyde, 25 à l'exception d'une modification par coupure oxydative, caractérisée en ce que: - on coule le mélange et/ou le collagène ainsi obtenu sur un matériau prosthétique; - on soumet l'ensemble à la lyophilisation. 13/ Méthode selon la revendication 12, caractérisée en ce que la prothèse ainsi obtenue est enduite sur l'une de ses faces d'un gel d'acide hyaluronique réticulé et fonctionnalisé et laissée séchée pour former un film, puis éventuellement soumise à nouveau à une lyophilisation et/ou un étuvage. 14/ Méthode selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que dans une étape ultérieure, on stérilise la prothèse ainsi obtenue.