Brevet FR2915086A1 — publié le 20081024

STRUCTURE A MEMOIRE DE FORME POUR AIDER A LA REPARATION DES TISSUS MOUS Arrière-plan de l'invention La réparation des déchirures de la coiffe des rotateurs et du bourrelet marginal implique habituellement l'utilisation de sutures et la fixation de dispositifs/ancrages pour assurer un certain niveau de résistance de fixation au cours du temps afin d'ancrer à nouveau les tissus mous dans l'os, toutefois, 25 à 35 % des interventions réalisées échouent en raison d'une fixation inadéquate. En plus de l'échec de la fixation, la réparation peut être compliquée par l'épaisseur de la déchirure. Les déchirures d'épaisseur partielle peuvent être réparées par arthroscopie ou par chirurgie ouverte en fonction de la taille de la déchirure, toutefois, des déchirures d'épaisseur totale sont beaucoup trop difficiles à réparer, en particulier si elles sont importantes et si une mauvaise cicatrisation ou une cicatrisation lente de celles-ci empêchent une guérison post-opératoire. Actuellement, les grandes déchirures d'épaisseur totale peuvent nécessiter la mise en place d'un timbre ou patch pour déchirure sur la zone endommagée pour aider à la réparation tissulaire. Le chirurgien doit fixer le patch au tendon et l'étirer au-dessus de la déchirure en s'assurant qu'il soit suffisamment tendu pour fermer la plaie et assurer une fixation. 2 Résumé de l'invention Selon un aspect de l'invention est proposée une structure comprenant des fibres alignées qui, une fois activées in situ présentent un effet de mémoire de forme unidirectionnel. La mémoire de forme unidirectionnelle améliore la fixation des tissus mous dans la direction souhaitée sans réduire la forme et sans détacher la fixation dans le sens opposé. Dans des modes de réalisation de l'invention, les fibres comprennent au moins un polymère à mémoire de forme. Les polymères à mémoire de forme appropriés, qui peuvent être résorbables ou non résorbables, sont connus dans l'art et tout matériau polymère à mémoire de forme biocompatible peut être utilisé dans le contexte de la présente invention. Les polymères spécifiques qui peuvent être utilisés comprennent les polyétheréthercétone (PEEK), polyméthyle méthacrylate (PMMA), polyéthyle méthacrylate (PEMA), polyacrylate, poly-alpha-hydroxy-acides, polycapropactones, polydioxanones, polyesters, acide polyglycolique, polyglycols, polylactides, polyortho-esters, polyphosphates, polyoxaesters, polyphosphoesters, polyphosphonates, polysaccharides, polytyrosine carbonates, polyuréthanes et les copolymères ou mélanges polymères de ceux-ci. Dans un mode de réalisation préféré, le matériau polymère à mémoire de forme se présente à l'état déformé en dessous d'une certaine température connue comme étant la température de transition vitreuse (Tg) et peut être activé de l'état déformé à l'état relâché au dessus de cette température. Généralement, les 2 3 matériaux polymères qui présentent des propriétés de mémoire de forme présentent une modification importante du module d'élasticité à la température de transition vitreuse (Tg). Les propriétés de mémoire de forme sont utilisées en tirant profit de cette caractéristique. En effet, un corps macroscopique de matériau polymère à mémoire de forme auquel une forme définie (la forme d'origine) a été conférée par un procédé courant de moulage de plastiques, peut être assoupli en soumettant l'article à une énergie et à un chauffage à une température (Tf) supérieure à la température de transition vitreuse (Tg) du polymère mais inférieure à la température de fusion (Tm). A cette température, le matériau peut être déformé de façon à donner une forme macroscopique différente (l'état déformé). A l'état déformé, un réseau polymère orienté se forme. Le matériau polymère est ensuite refroidi à une température inférieure à la température de transition vitreuse (Tg) tout en le conservant à l'état déformé. Lorsque le matériau polymère est chauffé à nouveau jusqu'à une température supérieure à la température de moulage secondaire Tf, mais inférieure à la température de fusion (Tm), l'état déformé disparaît et le matériau polymère se relâche pour retrouver sa forme d'origine. L'apport d'énergie nécessaire pour provoquer le relâchement du matériau polymère à partir de son état déformé jusqu'à son état relâché est définie par le terme d'activation. La température de transition vitreuse du matériau polymère variera en fonction de divers facteurs, tels que le poids moléculaire, la composition, la structure 3 4 du polymère et d'autres facteurs connus de l'homme du métier et peut être de l'ordre de 35 à 60 C. L'état déformé du matériau polymère à mémoire de forme décrit ci-dessus peut se présenter sous la forme d'une structure poreuse et qui peut être produite par électrofilage. En faisant varier l'orientation des fibres, la direction dans laquelle l'effet de mémoire de forme s'opère peut être contrôlée. L'orientation/alignement des fibres dans la structure peut varier pendant le processus d'électrofilage. En variante, après l'électrofilage, la structure est étirée ou allongée à un niveau supérieur à la température de transition vitreuse (Tg) des matériaux pour conférer une orientation supplémentaire à la structure (voir figure 4). La vitesse à laquelle la structure est recueillie pendant le processus d'électrofilage peut également être utilisée pour faire varier le degré d'orientation des fibres dans la structure. Lorsque la vitesse de recueil est accrue, l'orientation des fibres augmente (voir figure 2). Dans les modes de réalisation de l'invention, la structure comprend un feutre qui est étiré à un niveau supérieur à la température de transition vitreuse (Tg) du matériau pour ajouter une orientation à la structure. Il est prévu que dans certains modes de réalisation de l'invention, des sources d'énergie électrique et/ou thermique puissent être utilisées pour chauffer le matériau polymère. En variante, le matériau 4 polymère peut être relâché par d'autres procédés connus de l'homme du métier comprenant, de manière non restrictive, l'utilisation d'une force ou d'une énergie mécanique et/ou d'un solvant. Toute force appropriée 5 qui peut être appliquée avant l'intervention ou pendant l'intervention peut être utilisée. Un exemple comprend l'utilisation de dispositifs à ultrasons qui peuvent relâcher le matériau polymère en générant une chaleur minimale. Les solvants susceptibles d'être utilisés comprennent les solvants à base organique et les solvants à base aqueuse, comprenant les fluides corporels. Il convient de veiller à ce que le solvant choisi ne soit pas contre-indiqué pour le patient, en particulier lorsque le solvant est utilisé en cours d'opération. Le choix des solvants se fera également sur la base du matériau à relâcher. Les exemples de solvants qui peuvent être utilisés pour relâcher le matériau polymère comprennent les alcools, glycols, éthers de glycol, huiles, acides gras, acétates, acétylènes, cétones, solvants hydrocarbonés aromatiques et solvants chlorés. La structure à mémoire de forme peut être utilisée comme Patch pour les déchirures, afin d'aider à la cicatrisation de déchirures d'épaisseur totale difficiles à réparer et à améliorer la fixation des tissus mous à l'os. La structure présente des fibres qui ont été orientées pendant un processus d'électrofilage et étirées à des températures supérieures à la température de transition vitreuse des matériaux, après électrofilage, pour étirer les fibres et conférer une orientation supplémentaire. Cet 5 6 étirement et cette orientation des fibres permettent une mémoire de forme unidirectionnelle, tout en conservant les dimensions dans toutes les autres directions. Dans un autre mode de réalisation, la structure à mémoire de forme peut être utilisée comme structure de fermeture d'une plaie. Les structures peuvent être produites dans un éventail de tailles de pores et de diamètres des fibres et peuvent présenter diverses formes et tailles en fonction de l'utilisation pour laquelle elles sont destinées. Par exemple, la structure électrofilée peut se présenter sous la forme d'un patch ou d'autres formes telles que des tubes. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, la structure est utilisée pour produire un composite. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, un ou plusieurs agent(s) actif(s) est/sont incorporés dans la structure. Les agents actifs appropriés comprennent des protéines osseuses morphogènes, des antibiotiques, des anti-inflammatoires, des facteurs angiogènes, des facteurs ostéogènes, de la monobutyrine, des extraits omentaux, de la thrombine, des protéines modifiées, du plasma/une solution riche en plaquettes, du plasma/une solution pauvre en plaquettes, un aspirat de moelle osseuse et toutes cellules provenant de la flore ou de la faune telles que des cellules vivantes, des cellules conservées, des cellules dormantes et des cellules mortes. On comprendra que d'autres agents bioactifs connus de l'homme du métier peuvent également être utilisés. De 6 7 préférence, l'agent actif est incorporé dans le matériau polymère à mémoire de forme pour être libéré pendant le relâchement ou la dégradation du matériau polymère. De manière avantageuse, l'incorporation d'un agent actif peut agir pour lutter contre une infection au site d'implantation et/ou pour favoriser la nouvelle croissance tissulaire. Modes de réalisation spécifiques de l'invention 10 Figures Quatres figures sont annexées, sur lesquelles : - la figure 1 représente à gauche un cliché MBE d'une structure polymère électrofilée à 50 t/m. et à 15 droite un cliché MBE du même matériau polymère électrofilé à 1000 t/m ; - la figure 2 est une courbe illustrant selon la température de l'eau, le retrécissement d'une structure du type PLC électrofilé non-orienté, une 20 fois immergé dans l'eau ; - la figure 3 est une courbe illustrant, en fonction du nombre de jours, le rétrécissement d'une structure de type PLC électrofilé non orienté, immergé dans l'eau à 37 C ; 25 - la figure 4 représente des micrographies MBE d'un PLC électrofilé recueilli à une faible vitesse de mandrin (à gauche), d'un PLC électrofilé et étiré (au centre) et d'un PLC électrofilé et allongé (à droite). 30 Préparation de la solution 7 8 Du poly-lactide carbonate (PLC) est dissous dans de l'hexafluoro-isopropanol (HFIP) fourni par Apollo Scientific, pour former des solutions de PLC à 6,6 7 Electrofilage La solution de polymère est chargée dans une seringue en polypropylène de 10 ml et est ensuite placée dans un dispositif d'aspiration de seringue pour diffuser la solution à raison de 0,03 ml/minute. Un 10 tubage flexible en plastique (environ 60 cm de longueur et présentant un diamètre interne de 1,5 mm) est utilisé pour relier la sortie de seringue à une aiguille métallique de calibre 18 qui a été limée pour éliminer le biseau de l'extrémité. L'aiguille est fixée 15 verticalement au-dessus d'une cible à une distance de travail maximale (de la pointe de l'aiguille à la cible) de 15 cm. Un fil électrique doté d'une gaine isolante est utilisé pour relier l'aiguille à un générateur de tension élevée. 20 La cible est un mandrin cylindrique en aluminium (5 cm de diamètre x 10 cm de longueur) fixé à un moteur. Le moteur permet à la cible de tourner à une vitesse entre 50 et 2000 t/minute pour recueillir une couche uniforme de matériau fibreux avec différents 25 degrés d'orientation de fibres en fonction de la vitesse de recueil (voir figure 1). La cible est reliée à la terre et recouverte d'un papier sulfurisé remplaçable pour faciliter le retrait du matériau de structure formé. 30 Le processus d'électrofilage est initié en appliquant une tension à l'aiguille à l'aide d'un 8 9 générateur de tension Glassman alors que la cible est reliée à la terre. L'électrofilage commence lorsque la tension appliquée aux aiguilles est suffisante pour empêcher les solutions de polymère de goutter et leur permet d'être étirées vers la cible sous forme de jets, ces jets de polymère sont ensuite recueillis sur le papier sulfurisé entourant la cible. La tension minimale nécessaire pour initier le processus d'électrofilage est utilisée normalement, pendant les expériences .initiales de la présente invention, une tension de 7 kV étant appliquée. La durée de déroulement du processus dépend de la profondeur de la structure requise, une durée minimale de 30 minutes étant utilisée au cours des expériences initiales. Après l'électrofilage, les structures produites sont séchées sous vide pour minimiser la quantité de solvant résiduel. Etirement et allongement Des sections des structures électrofilées ont été étirées et allongées pour induire une orientation supplémentaire à la structure fibreuse (voir figure 4). L'étirement et l'allongement ajoutent une orientation à ces structures qui n'ont pas été alignées par le processus d'électrofilage et favorisent une mémoire de forme unidirectionnelle. Relâchement Le rétrécissement d'une structure non orientée a 30 été enregistré après immersion dans l'eau à 20 C, 37 9 C et 83 C et après stockage dans l'eau à 37 C pendant une durée allant jusqu'à 5 jours (voir figures 2 et 3). Observation au MBE Après séchage, des sections de structures électrofilées ont été montées sur des supports d'observation par MBE en aluminium (diamètre de 13 mm), en utilisant des disques de carbone adhésifs. Les supports ont ensuite été revêtus par pulvérisation cathodique d'un alliage d'environ 20 à 30 nm Au/Pd, en utilisant un dispositif de revêtement par pulvérisation cathodique Emscope. L'observation au MBE a été réalisée à l'aide d'un MBE FEI Quanta Inspect S présentant un courant de filament tungstène d'environ 100 pA, une tension d'accélération de 5 KV, une taille de spot de 2 et une distance de travail de 10 mm. Le logiciel FEI xT Microscope Control a été utilisé pour l'acquisition des images MBE des structures. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 10 REVENDICATIONS 1. Structure d'aide à la réparation cellulaire comprenant des fibres orientées ou alignées, lesquelles comprennent au moins un polymère à mémoire de forme, et présentent une mémoire de forme dans une direction déterminée, de telle sorte qu'une fois activées, notamment par apport d'énergie, les fibres changent d'état, sans modification de leurs dimensions dans toutes les autres directions.