Rôle ostéoinducteur d'un revêtement d'apatite carbonatée nanocristalline sur des céramiques de phosphate de calcium biphasique

Osteoinductive potential of nanocrystalline carbonated apatite - coated biphasic calcium phosphate ceramics

• Auteur / Autrice : Hélène Autefage
• Direction : Christian Rey, Pascal Swider
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines morphogénétiques osseuses

Emploi en thérapeutique

Phosphates de calcium

Apatite

Substituts osseux

Biomatériaux

Mots clés libres

Ostéoinduction

Phosphate de calcium

Apatite nanocristalline

Activation de surface

Bone morphogenetic protein

Résumé

Les céramiques commerciales à base de phosphate de calcium frittées à haute température présentent une très faible surface spécifique et sont peu réactives. Bien qu'elles possèdent une excellente ostéoconductivité, leur capacité d'ostéoinduction est très limitée. L'hypothèse centrale de ce travail a consisté à supposer qu'un revêtement d'apatite carbonatée nanocristalline pouvait améliorer les propriétés de surface et biologiques de ces céramiques. Les analyses physico-chimiques ont montré qu'un revêtement composé de nanocristaux présentant des caractéristiques proches de celles du minéral osseux conduisait à une augmentation sensible de la surface spécifique et à la formation de nanopores, à priori favorables à une amélioration de l'activité biologique. Cette amélioration a été établie par l'étude de l'adsorption d'un facteur de croissance ostéogénique, la rhBMP-2. La quantité de BMP-2 adsorbée a été sensiblement augmentée et le revêtement a de plus permis une libération temporellement soutenue. La biocompatibilité des échantillons revêtus a été ensuite évaluée in vitro par l'étude du comportement de deux types cellulaires. Une étude in vivo a été menée sur modèle animal ovin en site intramusculaire afin d'évaluer le potentiel ostéoinducteur des céramiques phosphocalciques. La proportion d'os néoformé dans ce site ectopique, est apparue significativement augmenté par l'association avec la BMP-2 pour des quantités de protéines réduites, mais également, plus étonnamment, par la seule présence du revêtement nanocristallin. Ce dernier résultat, particulièrement original, ouvre la voie à des applications cliniques à court terme dans le domaine des substituts osseux.

Commercial calcium phosphate ceramics sintered at high temperature exhibit a very low specific surface area and a poor surface reactivity. Although they are excellent osteoconductive materials, their osteoinductive properties appear rather weak. In this work, we hypothesised that a nanocrystalline carbonated apatite coating could improve the surface and biological properties of these ceramics. The physico-chemical analyses showed that a coating made of bone mineral-like nanocrystals increased the specific surface area of the ceramics and induced the formation of nanopores, which could favor the biological activity. The adsorption study of an osteogenic growth factor, the rhBMP-2, confirmed the improvement of surface reactivity. An increased amount of protein was adsorbed and its release was sustained. The biocompatibility of the coated ceramics was demonstrated in vitro. The in vivo osteoinductive property of the modified ceramic was studied in intramuscular sites of an ovine animal model. The modified ceramic, associated with BMP-2 promoted the formation of bone. Furthermore, interestingly, the nanocrystalline coating itself, without any addition of BMP-2, was found to be osteoinductive. This last result, particularly innovating, could lead to clinical applications in the field of bone substitutes.