Brevet FR3101773A1 — publié le 20210416

La présente invention concerne un procédé de minéralisation d’une membrane de biopolymère, comprenant les étapes suivantes : a) Introduction d’un assemblage (3) constitué d’une membrane de biopolymère (4) comprise entre deux feuilles de cellulose (A) et (B), dans un récipient comprenant : - un premier compartiment (1) et un second compartiment (2), comprenant chacun une électrode, une première électrode étant une anode placée dans le premier compartiment (1) et une seconde électrode étant une cathode placée dans le second compartiment (2), - les parois du premier compartiment (1) et du second compartiment (2) mises en contact l’une avec l’autre présentant chacune une ouverture mettant en communication le premier et le second compartiment, l’assemblage (3) étant disposé dans ladite ouverture entre le premier et le second compartiment de manière à l’obturer, la feuille (A) de cellulose étant du côté du premier compartiment (1) et la feuille (B) de cellulose du côté du deuxième compartiment (2), b) remplissage du premier compartiment (1) avec une solution aqueuse contenant au moins un cation choisi parmi : des ions calcium, des ions argent, des ions zinc, des ions cuivres, des ions sodium, des ions magnésium et des ions aluminium, et du second compartiment (2) avec une solution aqueuse contenant au moins un anion choisi parmi des ions fluorure, des ions sulfates, des ions carbonates, des ions silicates et des ions phosphate ; c) Application d’une tension électrique entre les électrodes ; d) retournement de l’assemblage (3) de manière à ce que la feuille (A) de cellulose soit du côté du second compartiment et la feuille (B) de cellulose du côté du premier compartiment, ou échange des solutions et électrodes du premier et du second compartiment; c’) application d’une tension électrique entre les électrodes, ladite tension étant égale à celle appliquée à l’étape (c) et étant appliquée pendant une durée identique à celle de l’étape (c) ; e) retrait et rinçage de l’assemblage (3) ; f) récupération et séchage de la membrane de biopolymère minéralisée. Figure pour l’abrégé Fig. 1 PROCEDE DE MINERALISATION D’UNE MEMBRANE DE BIOPOLYMERE La présente invention concerne le domaine du génie tissulaire, c’est-à-dire la fabrication de tissus organiques synthétiques biocompatibles, pouvant être implantés dans des organismes vivants. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de préparation d’un biomatériau pour un usage en chirurgie et médecine humaine. Ce biomatériau consiste en une membrane de biopolymère recouverte de nanocristaux de minéraux, en particulier d’hydroxyapatite, une combinaison d’ions calcium et phosphate. En médecine, l’implantation de structures de biopolymère dans des organismes vivants est une technique classique, utilisée pour favoriser la reconstruction de tissus biologiques, notamment la reconstruction des tissus osseux. Ces structures de biopolymère, utilisées comme substituts osseux, sont composées de fibres naturelles (sous la forme de films, fibres, structures compactes et/ou poreuses) souvent associées avec des composés actifs pour améliorer leur biocompatibilité : des cellules, des hormones et/ou facteurs de croissance, ou encore des minéraux. Ces substituts osseux doivent permettre l’ostéoconduction, qui désigne la capacité du biomatériau à servir de support passif à la repousse osseuse. Le biomatériau doit en outre être poreux et résorbable. La porosité du biomatériau permet à l’implant de se vasculariser et se résorber progressivement. La vitesse de résorption du biomatériau doit correspondre aux besoins de la néoformation osseuse : pas trop vite, pour qu’il puisse servir de support à la formation osseuse ; pas trop lentement, pour limiter les risques d’infection et pour ne pas gêner la croissance de l’os par encombrement mécanique. Plusieurs types de biomatériaux sont utilisés comme support passif de colonisation cellulaire et tissulaire : il peut s’agir de céramiques naturelles ou synthétiques, ou encore de différents matériaux d’origine naturelle, dont la composition chimique se rapproche de celle de la phase minérale de l’os. Les biomatériaux synthétiques les plus souvent utilisés pour le comblement des défauts osseux sont l’hydroxyapatite et les phosphates tricalciques, deux espèces minérales de la famille des phosphates, purs ou en mélange. La combinaison de biopolymère et d’hydroxyapatite nanocristalline, telle que collagène et hydroxyapatite, est connue et utilisée comme substitut d’os depuis les années 1990 (voir par exemple US 5,231,169, US 6,201,039, EP0747067). De nombreuses applications thérapeutiques de ce biomatériau ont été proposées, par exemple : - La demande de brevet EP 3181158 est relative à un biomatériau nano-poreux, comprenant de l’hydroxyapatite déposée ou précipitée sur un gel de polymère biodégradable, choisi notamment parmi le collagène et l’alginate. Ce biomatériau peut être utilisé en orthopédie, pour la chirurgie dentaire et la chirurgie reconstructive. - La demande internationale WO 2008/096334 décrit un implant destiné à réparer une lésion du cartilage, comprenant un squelette composé de collagène et d’hydroxyapatite. -La demande de brevet RU2410040 décrit une prothèse composée d’une membrane de collagène ou d’alginate, recouverte de cristaux d’hydroxyapatite, destinée au traitement chirurgical de l’incontinence urinaire chez la femme. - La demande internationale WO 2013/111077 décrit une composition comprenant, entre autres, de l’alginate de sodium et de l’hydroxyapatite, pour le traitement des troubles gastro-intestinaux. Plusieurs procédés de minéralisation de membranes de biopolymère ont été décrits. Des techniques classiques consistent à cuire les minéraux à des températures très élevées, comme de la céramique, ce qui engendre des cristaux extrêmement durs. Des techniques plus « douces » ont également été proposées : - Le brevet US 6,395,036 décrit un procédé de préparation d’un matériel composite, où des ions calcium et des ions phosphate circulent autour d’une membrane de collagène et précipitent, lorsqu’ils se rencontrent, en cristaux d’hydroxyapatite. - La demande internationale WO 2008/096334 décrit un procédé de préparation d’un échafaudage en collagène, recouvert de cristaux d’hydroxyapatite, par lyophilisation et gel. - Le brevet EP 3021883 décrit un matériau composite comprenant un squelette de fibres de collagène, au moins partiellement revêtues de nanocristaux d’hydroxyapatite à croissance épitactique. Le procédé d’obtention comprend l’immersion de collagène fibreux dans une solution aqueuse saturée d’ions calcium et phosphate (Ca2+/HxPO4(3-x)), des nanocristaux d’hydroxyapatite se formant sur les fibres de collagène, le procédé étant arrêté par retrait du collagène de la solution, et rinçage. - Le brevet RU2174848 décrit une méthode de préparation d’une membrane de collagène minéralisée, comprenant l’utilisation d’électrodes pour faire circuler les ions par électrophorèse. Sous l’action de ce courant électrique, la solution contenant des cations calcium s’acidifie, en créant ainsi des ions hydrogène susceptibles de dissoudre les cristaux d’hydroxyapatite formés. La solution proposée est de stabiliser le pH des solutions à 11 pour la solution d’ions calcium, et à une valeur de 10.5 à 11 pour celle contenant les ions phosphate, en ajoutant continuellement de l’hydroxyde de calcium à la solution contenant les ions calcium. - Les brevets US 5,532,217 et US 5,739,286 sont relatifs à un procédé de minéralisation de fibres de collagène, dans lequel les fibres de collagène sont insérées dans un récipient comprenant deux réservoirs, l’un contenant du chlorure de calcium, et l’autre du phosphate de potassium. Les deux récipients sont séparés par un tube constitué de membranes de dialyse en cellulose, dans lequel les fibres de collagène sont insérées. Les pH des solutions sont ajustés de manière à ce que les ions précipitent, en formant des nanocristaux sur le collagène. La procédure, relativement lente, dure 7 jours. - Le brevet US 6,589,590 décrit un procédé de minéralisation d’un biopolymère, comprenant la mise en contact d’une membrane de biopolymère avec, d’un côté une solution contenant des ions calcium, et de l’autre côté une solution contenant des ions phosphate ; les ions diffusant à travers la membrane de biopolymère précipitent lors de leur rencontre en cristaux d’hydroxyapatite. La présente invention est relative à un nouveau procédé de minéralisation « douce » d’une membrane de biopolymère, mettant en œuvre une combinaison originale de différents procédés afin d’obtenir des nanocristaux de minéraux sur ladite membrane. Cette membrane minéralisée présente des caractéristiques nouvelles intéressantes. En effet, les cristaux formés sont dans un état de faible cristallinité et sans qualité structurelle. La membrane minéralisée présente une résorption rapide (moins de 21 jours) après implantation dans un organisme vivant, et a des effets biologiques positifs (anti-oxydants, anti-inflammatoires) dès l’implantation dans l’organisme, ou après administration d’une poudre préparée à partir de cette membrane minéralisée. Les propriétés nouvelles de ces membranes de biopolymère minéralisées sont telles que de nouvelles applications thérapeutiques peuvent être envisagées, en sus du traitement des désordres osseux et cartilagineux. La présente invention concerne un procédé de minéralisation d’une membrane de biopolymère, comprenant les étapes suivantes : a) Introduction d’un assemblage (3) constitué d’une membrane de biopolymère (4) comprise entre deux feuilles de cellulose (A) et (B), dans un récipient comprenant : - un premier compartiment (1) et un second compartiment (2), comprenant chacun une électrode, une première électrode étant une anode placée dans le premier compartiment (1) et une seconde électrode étant une cathode placée dans le second compartiment (2), - les parois du premier compartiment (1) et du second compartiment (2) mises en contact l’une avec l’autre présentant chacune une ouverture mettant en communication le premier et le second compartiment, l’assemblage (3) étant disposé dans ladite ouverture entre le premier et le second compartiment de manière à l’obturer, la feuille (A) de cellulose étant du côté du premier compartiment (1) et la feuille (B) de cellulose du côté du deuxième compartiment (2), b) remplissage du premier compartiment (1) avec une solution aqueuse contenant au moins un cation choisi parmi : des ions calcium, des ions argent, des ions zinc, des ions cuivres, des ions sodium, des ions magnésium et des ions aluminium, et du second compartiment (2) avec une solution aqueuse contenant au moins un anion choisi parmi des ions fluorure, des ions sulfates, des ions carbonates, des ions silicates et des ions phosphate ; c) Application d’une tension électrique entre les électrodes ; d) retournement de l’assemblage (3) de manière à ce que la feuille (A) de cellulose soit du côté du second compartiment et la feuille (B) de cellulose du côté du premier compartiment, ou échange des solutions et électrodes du premier et du second compartiment; c’) application d’une tension électrique entre les électrodes, ladite tension étant égale à celle appliquée à l’étape (c) et étant appliquée pendant une durée identique à celle de l’étape (c) ; e) retrait et rinçage de l’assemblage (3) ; f) récupération et séchage de la membrane de biopolymère minéralisée. La présente invention concerne également une membrane de biopolymère minéralisée sur ses deux faces, susceptible d’être obtenue par le procédé décrit ci-dessus. Un autre objet de l’invention est une poudre constituée d’une membrane de biopolymère minéralisée telle que décrite ci-dessus, réduite en poudre. Un autre objet de l’invention est une solution comprenant ladite poudre en suspension dans un véhicule pharmaceutiquement acceptable. La présente invention concerne également une membrane de biopolymère minéralisée telle que décrite, ou une poudre telle que décrite, ou une solution telle que décrite, pour son utilisation thérapeutique dans le traitement des désordres osseux, cartilagineux, pancréatiques, rénaux, urétraux, urétéraux et vésicaux, testiculaires, ovariens, intestinaux, hépatiques, neurologiques, cardiaques, tympaniques, oculaires, urinaires, gynécologiques, pulmonaires, bronchiques, trachéaux, vasculaires, conjonctifs, cutanés, muqueux, dentaires, gingivaux et/ou du tissu hématopoïétique et immunitaire. La figure 1 représente une coupe transversale d’un récipient comprenant un premier compartiment (1) et un second compartiment (2), comprenant chacun une électrode, l’anode étant placée dans le premier compartiment (1) et la cathode dans le second compartiment (2), et un assemblage (3) disposé dans l’ouverture entre le premier et le second compartiment de manière à l’obturer. Cet assemblage est constitué d’une membrane de biopolymère (4) entourée de deux feuilles de cellulose, la feuille (A) étant du côté du premier compartiment (1) et la feuille (B) de cellulose du côté du deuxième compartiment, lors de l’étape (c). La figure 2 représente le même dispositif que la figure 1 mais lors de l’étape (c’), l’assemblage (3) ayant été retourné de manière à ce que la feuille (A) de cellulose soit du côté du second compartiment (2) et la feuille (B) de cellulose du côté du premier compartiment (1). La figure 3 représente la variation d’activité antioxydante totale mesurée dans les urines d’un individu (Homme âgé de 67 ans, en bonne santé) auquel a été administré une poudre selon l’invention. L’activité anti-oxydante totale (TAC) est exprimée en pourcentage par rapport aux valeurs témoins, en fonction du nombre de jours d’administration (en abscisse). Procédé de minéralisation d’une membrane de biopolymère, comprenant les étapes suivantes : a) Introduction d’un assemblage (3) constitué d’une membrane de biopolymère (4) comprise entre deux feuilles de cellulose (A) et (B), dans un récipient comprenant : - un premier compartiment (1) et un second compartiment (2), comprenant chacun une électrode, une première électrode étant une anode placée dans le premier compartiment (1) et une seconde électrode étant une cathode placée dans le second compartiment (2), - les parois du premier compartiment (1) et du second compartiment (2) mises en contact l’une avec l’autre présentant chacune une ouverture mettant en communication le premier et le second compartiment, l’assemblage (3) étant disposé dans ladite ouverture entre le premier et le second compartiment de manière à l’obturer, la feuille (A) de cellulose étant du côté du premier compartiment (1) et la feuille (B) de cellulose du côté du deuxième compartiment (2), b) remplissage du premier compartiment (1) avec une solution aqueuse contenant au moins un cation choisi parmi : des ions calcium, des ions argent, des ions zinc, des ions cuivres, des ions sodium, des ions magnésium et des ions aluminium, et du second compartiment (2) avec une solution aqueuse contenant au moins un anion choisi parmi des ions fluorure, des ions sulfates, des ions carbonates, des ions silicates et des ions phosphate ; c) Application d’une tension électrique entre les électrodes ; d) retournement de l’assemblage (3) de manière à ce que la feuille (A) de cellulose soit du côté du second compartiment et la feuille (B) de cellulose du côté du premier compartiment, ou échange des solutions et électrodes du premier et du second compartiment; c’) application d’une tension électrique entre les électrodes, ladite tension étant égale à celle appliquée à l’étape (c) et étant appliquée pendant une durée identique à celle de l’étape (c) ; e) retrait et rinçage de l’assemblage (3) ; f) récupération et séchage de la membrane de biopolymère minéralisée. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane de biopolymère est une membrane de collagène, d’alginate ou de chitosan. Procédé selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la solution aqueuse mise dans le premier compartiment (1) contient au moins des ions calcium, et la solution aqueuse mise dans le second compartiment (2) contient au moins des ions phosphate. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lors des étapes (c) et (c’), la tension électrique appliquée est de 3 à 13 Volts. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’étape (c) d’application d’une tension électrique dure de 8 à 16 heures. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lors des étapes (c) et (c’), la solution aqueuse contenant au moins un cation est agitée en continu. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lors des étapes (c) et (c’), la solution aqueuse contenant au moins un cation est saturée en cations par un ajout continu d’hydroxyde dudit cation. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le pH de la solution aqueuse contenant au moins un anion est compris entre 7 et 11. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’étape (f) de séchage de la membrane de biopolymère minéralisée est effectuée à une température inférieure à 35°C, de préférence pendant 12 à 24 heures. Membrane de biopolymère minéralisée sur ses deux faces, susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’une des revendications 1 à 9. Poudre constituée d’une membrane de biopolymère minéralisée selon la revendication 10, réduite en poudre. Solution comprenant une poudre selon la revendication 11 en suspension dans un véhicule pharmaceutiquement acceptable. Membrane de biopolymère minéralisée selon la revendication 10, ou poudre selon la revendication 11, ou solution selon la revendication 12, pour son utilisation thérapeutique dans le traitement des désordres osseux, cartilagineux, pancréatiques, rénaux, urétraux, urétéraux et vésicaux, testiculaires, ovariens, intestinaux, hépatiques, neurologiques, cardiaques, tympaniques, oculaires, urinaires, gynécologiques, pulmonaires, bronchiques, trachéaux, vasculaires, conjonctifs, cutanés, muqueux, dentaires, gingivaux et/ou du tissu hématopoïétique et immunitaire.