Brevet FR3130622A1 — publié le 20230623

La présente invention porte sur une composition adhésive comprenant une céramique phosphocalcique choisie parmi le tétracalcium phosphate et l’alpha-tricalcium phosphate, de la sérine phosphorylée, de la polydopamine, et un solvant aqueux. Selon un autre aspect, l’invention porte sur un kit, un procédé de préparation de ladite composition adhésive ainsi que ses utilisations. Composition adhésive osseuse La présente invention concerne une composition adhésive comprenant une céramique phosphocalcique choisie parmi le tétracalcium phosphate et l’alpha-tricalcium phosphate, de la sérine phosphorylée, et de la polydopamine, son procédé de préparation et son utilisation. INTRODUCTION La fracture osseuse est une pathologie très fréquente. Le traitement des fractures repose sur la réduction du foyer de fracture puis à sa contention jusqu’à consolidation. La contention peut être obtenue soit de façon orthopédique par blocage maxillo-mandibulaire au niveau facial ou par plâtre au niveau des membres, soit de façon chirurgicale par ostéosynthèse. Le traitement chirurgical, permettant une remise en fonction plus rapide, est de notre jour largement préféré au traitement orthopédique à l’exception de certaines fractures particulières et de cas pédiatriques. La contention chirurgicale repose actuellement sur du matériel d’ostéosynthèse métallique, principalement constitué de plaques métalliques transvissées de part et d’autre du trait de fracture. Par ailleurs, les fractures ne sont pas les seules interventions où une fixation osseuse est nécessaire. Les techniques d’autogreffes osseuses pour le comblement de pertes de substances osseuses ou à visée préprothétique au niveau craniofacial nécessitent la fixation des fragments osseux pour empêcher toute mobilité du greffon. Le matériel métallique est également utilisé pour la fixation osseuse dans les ostéotomies chirurgicales (chirurgie orthognathique, ostéotomie du tibia) et les arthrodèses rachidiennes. Enfin, l’intégration d’implants métalliques dans l’os (implants dentaires, implants articulaires) nécessite un temps d’ostéo-intégration qui pourrait être réduit par l’ajout d’un adhésif. Dans les cas où un implant métallique serait nécessaire, l’adhésif pourrait assurer sa fixation. Les cas de fractures comminutives (multi-fragmentaires) sont particulièrement complexes à traiter avec du matériel métallique en raison de la petite taille des fragments par rapport à la taille des vis. Le tiers moyen et supérieur de la face offre un bon exemple de ces fractures difficiles à traiter avec le modèle classique de plaques transvissées en raison de fractures généralement très comminutives dans un os fin et fragile. Les membres sont également sujets à ce type de fracture dans certains traumatismes à haute vélocité. Par ailleurs, les fractures intra-articulaires posent un problème puisque le matériel peut interférer avec le fonctionnement de l’articulation. Enfin, le matériel métallique ne suivant pas la croissance des os, il est peu adapté aux cas de fractures pédiatriques dans un squelette en croissance. Un adhésif osseux ou « colle à os » offrirait une solution simple et rapide pour la prise en charge des fractures, tout particulièrement des fractures pour lesquels les systèmes actuels d’implants métalliques sont mal adaptés. Biorésorbable, il permettrait d’éviter les complications infectieuses et mécaniques (débricolage du matériel) liées aux implants métalliques et les nombreuses interventions réalisées pour retirer ce matériel, interventions liées à un risque de morbidité post-opératoire et à un poids économique certain (hospitalisation et acte chirurgical supplémentaire, arrêt de travail). Il n’existe actuellement aucune alternative commercialisée au matériel d’ostéosynthèse métallique, comme un adhésif osseux. Le principal écueil étant l’adhésion en milieu physiologique humide. Des études et des brevets ont déjà été publiés associant la céramique phosphocalcique (CPC) et de la sérine phosphorylée (O-Phospho-Sérine/OPS). Les céramiques phosphocalciques présentent une excellente biocompatibilité et des propriétés ostéo-conductrices. Elles sont utilisées en pratique clinique courante depuis de nombreuses années en tant que substitut osseux. Toutefois, le principal problème des céramiques phosphocalciques pour la fixation osseuse est leur absence d’adhésion au tissu osseux. Inspirée par les mécanismes d’adhésion observés dans la nature, notamment les animaux marins, la sérine phosphorylée peut être adjoint à une céramique phosphocalcique pour obtenir des propriétés adhésives. La sérine phosphorylée est une molécule utilisée par le ver marin Phragmatopoma californica (ou Sandcastle worm ) qui a la capacité de construire des coques de protection sous-marines en collant des minéraux selon un mécanisme de coacervation complexe. De plus, la structure de la sérine phosphorylée est proche de l’ostéopontine, ce qui lui confère un caractère ostéo-inducteur. Des adhésifs osseux constitués de sérine phosphorylée et de céramique phosphocalcique ont déjà été étudiés avec une confirmation de l’efficacité adhésive ex vivo et de la biocompatibilité in vivo mais aucune étude n’a confirmé la capacité adhésive de cette composition in vivo ( Bioinspired Mineral-Organic Bioresorbable Bone Adhesive , Kirillova et al., Advanced Healthcare Materials, 2018, doi : 10.1002/adhm.201800467 ). Il est donc nécessaire de pouvoir disposer d’une composition adhésive préparée à partir de céramique phosphocalcique et de sérine phosphorylée ayant une capacité adhésive in vivo tout en étant biocompatible et sure. Poursuivant ces recherches par de très nombreux travaux, les demandeurs ont trouvé qu’une composition adhésive comprenant du tétracalcium phosphate, de la sérine phosphorylée et de la polydopamine, présentait de telles caractéristiques. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante. Un premier objet de la présente invention concerne une composition adhésive comprenant : - une céramique phosphocalcique choisie parmi le tétracalcium phosphate et l’alpha-tricalcium phosphate, - de la sérine phosphorylée, - de la polydopamine, et - un solvant aqueux. Un second objet de la présente invention concerne un kit pour préparer une composition adhésive selon l’invention, comprenant : - une céramique phosphocalcique choisie parmi le tétracalcium phosphate et l’alpha-tricalcium phosphate de préférence le tétracalcium phosphate, - de la sérine phosphorylée, et - de la polydopamine. Un troisième objet de la présente invention concerne un procédé de préparation d’une composition adhésive selon l’invention comprenant les étapes suivantes : a) Mélanger une céramique phosphocalcique choisie parmi le tétracalcium phosphate et l’alpha-tricalcium phosphate, de la sérine phosphorylée et de la polydopamine dans un récipient, b) Ajouter un solvant à la précédente préparation, c) Récupérer le mélange ainsi formé. Un dernier objet de la présente invention concerne la composition selon l’invention pour son utilisation thérapeutique in vivo comme adhésif osseux. Fig. 1 Résultats des tests de traction mécanique sur titane. Contrainte maximale (MPa) moyenne des échantillons collés (n=8). * signifie différence significative (p=0,0029). Fig. 2 Résultats des tests de traction mécanique sur os bovins. Contrainte maximale (MPa) moyenne des échantillons collés (n=8). * signifie différence significative (p=0,00093). Fig. 3 Résultats des tests de traction ex vivo des compositions adhésives selon l’exemple 1. Contrainte maximale (MPa) moyenne des échantillons collés (n=7). * signifie différence significative (p=0,029). EXEMPLES Exemple 1 : Préparation de la composition adhésive selon l’invention Synthèse polydopamine nanoparticulaire ( nPDA ) 900 mg d’hydrochloride de dopamine a été dissous dans 450 mL d’eau pure. La solution a été chauffée à 50°C et 3,8 mL d’hydroxyde de sodium a été ajouté. La solution a été maintenue à 50°C pendant 5 h. La solution a alors eté dialysée à l’aide de membranes Spectra/Por 6 (Spectrum Labs, Repligen, Waltham, MA, Etats-Unis) afin d’obtenir des nPDA en suspension. Les nPDA en poudre ont été obtenues après lyophilisation de cette solution. Préparation de la composition 183mg de poudre de tétracalcium phosphate (TTCP) de chez Matexcel, avec 92,5mg de poudre de O-Phospho-DL-Sérine de chez Merck (OPS) et 5,5mg de poudre nanoparticulaire de polydopamine (nPDA), telle qu’obtenue ci-dessus, ont été versées dans un mortier où elles sont mélangées à la spatule puis au pilon afin d’obtenir un mélange homogène. 59µL de tampon phosphate salin (PBS, pH 7,4 de chez Merck) ont été ajouté à la micropipette selon un ratio liquide/poudre de 0,21 mL/g. Les poudres et le tampon phosphate salin ont été mélangés pendant 10 secondes à l’aide d’une spatule afin d’obtenir une pâte. La composition adhésive obtenue est la composition selon l’invention. Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, le tétracalcium phosphate forme des interactions ioniques avec la sérine phosphorylée, qui, lorsqu’ils sont combinés dans certains rapports et avec de la polydopamine, réagissent pour fournir un matériau ayant des capacités adhésives avantageuses par rapport à une composition ne contenant que du tétracalcium phosphate et de la sérine phosphorylée. En effet, le tétracalcium phosphate subit une réaction de dissolution-précipitation en hydroxyapatite de façon spontanée. De par l’ajout de sérine phosphorylée, cette réaction est empêchée et entraîne la formation de monohydrate de phosphosérine calcique qui forme un réseau coordonné permettant l’adhésion aux tissus osseux et l’initiation de la calcification osseuse. La polydopamine, de par ses propriétés adhésives et d’induction ostéogéniques, potentialise l’effet adhésif en favorisant la reconstruction osseuse. La même préparation a été réalisée cette fois-ci sans ajout de poudre nanoparticulaire de polydopamine. Cette préparation est une composition comparative telle qu’on peut la retrouver dans l’art antérieur. Exemple 2 : Tests de traction mécanique sur titane et os bovins de la composition selon l’invention Des échantillons métalliques (titane) et osseux (os bovins) ont été utilisés. Les échantillons métalliques étaient constitués par des cylindres de titane avec une surface de collage de 200 mm 2 . Les échantillons osseux étaient constitués par des parallélépipèdes rectangles appariés avec une surface de collage de 100 à 180 mm 2 . Les compositions adhésives préparées à l’exemple 1 ou une suspension de nanoparticules de polydopamine telle qu’obtenue dans l’exemple 1, ont été appliquées en couche fine sur les surfaces des échantillons (N=8). Une compression manuelle des échantillons entre eux a été réalisée et maintenue pendant 4 minutes. Les échantillons collés étaient ensuite immergés pendant 1 heure ou 24 heures dans un bain de PBS à 37°C permettant de simuler l’environnement aqueux physiologique. Ensuite, l’évaluation mécanique de la force d’adhésion était réalisée en traction (formation bout à bout) jusqu’à rupture sur une machine Instron 4466 (Norwood, MA, Etats-Unis). La cellule de charge était de 1000 N lors des tests avec les échantillons d’os et de 10000 N lors des tests avec les échantillons en titane. La vitesse de déplacement était de 0,1 mm/s. Les résultats ont été décrits sous forme de contrainte de traction, soit la force de rupture par unité de surface appliquée aux échantillons collés. Les résultats ont été analysés statistiquement de façon non paramétrique par test de Mann-Whitney. Les résultats pour les échantillons de titane (voir ) démontrent que l’adhésion était significativement supérieure avec la composition selon l’invention (TTCP/OPS-nPDA) par rapport à la composition comparative (TTCP/OPS) et à la suspension de nanoparticules de polydopamine à 24h (p=0,0029). Les résultats pour les échantillons d’os bovins (voir ) démontrent que l’adhésion était significativement supérieure avec la composition selon l’invention (TTCP/OPS-nPDA) par rapport à la composition comparative (TTCP/OPS) et à la suspension de nanoparticules de polydopamine à 24h (p=0,00093). Exemple 3 : Tests de traction ex vivo de la composition selon l’invention Le test suivant a été conçu pour être plus proche d’une situation clinique en imitant la réalisation d’une autogreffe osseuse. Des échantillons de tibias et de fragments de fibulas (6 mm de long pour 1 mm de large) de rat fraîchement sacrifié ont été utilisés. Le tibia était légèrement avivé sur sa face externe, de façon similaire à ce qui est réalisé avant la mise en place d’une autogreffe osseuse. Les compositions adhésives préparées à l’exemple 1, avec et sans nPDA, étaient appliquées en couche fine sur le tibia (N=7). Un fil de Vicryl était apposé puis le fragment de fibula était mis en place. Une compression des échantillons entre eux était réalisée et maintenue pendant 4 minutes. Les échantillons collés étaient ensuite immergés pendant 1 heure ou 24 heures dans un bain de PBS à 37°C permettant de simuler l’environnement aqueux physiologique. Ensuite, l’évaluation mécanique de la force d’adhésion était réalisée en traction par la mise en place de poids standardisés de masse croissante sur le fil de Vicryl jusqu’à rupture ( ). Les résultats ont été décrits sous forme de contrainte de traction, soit la force de rupture par unité de surface appliquée aux échantillons collés. Les résultats ont été analysés statistiquement de façon non paramétrique par test de Mann-Whitney. Les résultats sur les échantillons de tibias et de fragments de fibulas (voir ) démontrent que l’adhésion était significativement supérieure avec la composition selon l’invention (TTCP/OPS-nPDA) par rapport à la composition comparative (TTCP/OPS) à 24h (p=0,029). Composition adhésive comprenant : - une céramique phosphocalcique choisie parmi le tétracalcium phosphate et l’alpha-tricalcium phosphate, de préférence le tétracalcium phosphate, - de la sérine phosphorylée, - de la polydopamine, et - un solvant aqueux. Composition selon la revendication 1, dans laquelle la quantité de céramique phosphocalcique est comprise entre 50% et 80%, de préférence entre 60% et 70%, de manière plus préférée entre 65 et 68% en poids sec. Composition selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la quantité de sérine phosphorylée est comprise entre 20% et 50%, de préférence entre 30% et 40%, de manière plus préférée entre 32% et 35% en poids sec. Composition selon les revendications 1 à 3, dans laquelle le ratio en poids sec céramique phosphocalcique/ sérine phosphorylée est compris entre 1,5 et 2,5, de préférence entre 1,7 et 2,3, de manière plus préférée entre 1,9 et 2. Composition selon les revendications 1 à 4, dans laquelle la quantité de polydopamine est comprise entre 1% et 5%, de préférence 2% en poids sec. Composition selon les revendications 1 à 5, dans laquelle la masse volumique de la composition est comprise entre 2 g/cm3 et 2,2 g/cm3. Composition selon les revendications 1 à 6, dans laquelle la polydopamine est fonctionnalisée avec au moins un principe actif choisi parmi les antibiotiques, les molécules ostéoinductrices et les agents de contraste radiographiques. Kit pour préparer une composition adhésive selon les revendications 1 à 7, comprenant : - une céramique phosphocalcique choisie parmi le tétracalcium phosphate et l’alpha-tricalcium phosphate, de préférence le tétracalcium phosphate, - de la sérine phosphorylée, et - de la polydopamine. Kit selon la revendication 8, dans lequel la céramique phosphocalcique, la sérine phosphorylée et la polydopamine sont sous forme de poudre, de préférence la polydopamine est sous forme de poudre nanoparticulaire. Procédé de préparation d’une composition adhésive selon les revendications 1 à 7 comprenant les étapes suivantes : a) Mélanger une céramique phosphocalcique choisie parmi le tétracalcium phosphate et l’alpha-tricalcium phosphate, de préférence le tétracalcium phosphate, de la sérine phosphorylée et de la polydopamine dans un récipient, b) Ajouter un solvant à la précédente préparation, c) Récupérer le mélange ainsi formé. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la céramique phosphocalcique, la sérine phosphorylée et la polydopamine sont sous forme de poudre, de préférence la polydopamine est sous forme de poudre nanoparticulaire. Composition adhésive selon les revendications 1 à 7, pour son utilisation thérapeutique in vivo comme adhésif osseux.