2. Quels sont les apports et bénéfices des biomatériaux actuellement ?

Orthopédie

Pour résoudre le problème des greffes osseuses dans des situations telles que la pathologie ostéoarticulaire dégénérative, les malformations et déformations vertébrales, les séquelles de traumatologie osseuse et les tumeurs de l’appareil locomoteur, de nouveaux biomatériaux de comblement osseux (synthétiques ou d'origine naturelle) sont utilisés. Ils représentent une alternative aux greffes de type autologue ou allogénique et permettent d’en limiter les risques.
 
Nécessité d’une bioréactivité
Les principales qualités requises pour ces biomatériaux sont la bioréactivité (développement d’un pont entre le biomatériau et le tissu osseux existant) et la possibilité de former un tissu osseux présentant des caractéristiques biomécaniques optimales. Ces qualités sont indispensables quand des pertes osseuses importantes nécessitent l’implantation de grandes quantités de biomatériaux et leur réhabitation par de l'os néoformé, indispensable pour résister aux contraintes biomécaniques avec la possibilité d'induire la formation d'un tissu osseux.
 
Nature des biomatériaux utilisés
Les biomatériaux de synthèse actuellement utilisés ou en développement sont des céramiques en phosphate de calcium, des carbonates de calcium naturels constituant le corail, et des polymères de nature variée qui peuvent être utilisés seuls ou mieux, dans l’avenir, en association avec des céramiques en phosphate de calcium. Actuellement, ces céramiques doivent être mises en forme par un procédé dénommé frittage. Elles sont utilisées en pratique routinière sous forme aquaporeuse et s’apparentent à la fraction minérale des tissus calcifiés. Ces biomatériaux en phosphate de calcium sont tous résorbables parfois très lentement et, selon leur composition et leur structure, sont progressivement colonisés puis substitués par un os lamellaire. Leur résorption ne doit pas être trop rapide pour permettre une colonisation des macropores du biomatériau par des cellules environnantes du tissu osseux qui vont acquérir un équipement de type ostéoblastique et permettre ainsi l'apposition d'os nouveau.
 
Limites actuelles
Les limites des biomatériaux actuellement utilisés sont leurs qualités mécaniques encore insuffisantes. Ils ne peuvent être implantés que dans des sites anatomiques exposés à de faibles contraintes mécaniques. Il est donc impossible de les utiliser en zone diaphysaire ou dans des sites pouvant subir des contraintes en traction ou en « cisaillement ». Le corail (carbonate de calcium) a, quant à lui, des propriétés ostéoconductrices intéressantes mais son efficacité est encore controversée et des études complémentaires sont nécessaires avant d’estimer sa place réelle en orthopédie.

 
Chirurgie vasculaire

En chirurgie vasculaire, des prothèses tubulaires sont implantées pour le traitement des anévrismes et des thromboses ou risques de thrombose artérielle sur un terrain athéromateux ou artéritique.
 
Nécessité d’un traitement anti-thrombotique
Depuis une quarantaine d'années la nature des prothèses vasculaires dont disposent les chirurgiens pour le remplacement de segments artériels ne s'est guère diversifiée malgré l'introduction du polytétrafluoroéthylène (PTFE) expansé. Tous les matériaux utilisés partagent le même inconvénient d'être potentiellement thrombogènes et leur pérennité fonctionnelle encore insuffisante est principalement due aux traitements antithrombotiques auxquels les malades sont impérativement soumis. Des progrès importants restent à accomplir avant de pouvoir utiliser des substituts vasculaires permettant d'éviter de tels traitements. Il faut contrôler la relation entre le sang et la paroi des prothèses tubulaires et ce contrôle nécessite la mise au point de matériaux qui combinent des propriétés superficielles garantissant leur hémocompatibilité et des propriétés structurales garantissant un comportement mécanique proche de celui du segment artériel remplacé. Les caractéristiques physico-chimiques superficielles de la paroi de la prothèse sont déterminantes pour contrôler la thrombogénèse. Elle implique, en effet, des changements de conformation des protéines adsorbées à la paroi et leur activation, puis l'intervention des cellules sanguines qui adhèrent à la surface modifiée au cours de la phase précédente. Le mode d'écoulement du sang dans la prothèse, en particulier les contraintes de cisaillement, est un paramètre important à considérer dans le phénomène de thrombogénèse.
 
Prothèses en polyterephtalate d’éthylène
Le biomatériau actuellement utilisé en routine chirurgicale est le polyterephtalate d'éthylène (PET en anglais) ; il s'agit d'un polyester disponible sous forme de fibres ou de fils bien connus dans l'industrie textile (Tergal) et utilisés pour la confection de conduits tubulaires tissés ou tricotés (prothèses de Dacron). Ces conduits sont secondairement enduits par un revêtement de protéines réticulées destinées à rendre la paroi étanche au sang.
 
Solutions étudiées pour éviter la thrombose
On a certes essayé de résoudre ce problème de thrombogénèse en élaborant des matériaux à propriétés pro-inhibitrices de la thrombine (association à l'héparine ou à des composés "heparin-like"), ou pro-fibrinolytiques (association à l'urokinase) ou encore inhibitrices de l'agrégation plaquettaire (association à des composés de la famille des prostaglandines). En fait toutes ces approches séduisantes dans leur principe n'ont pas d'application clinique réelle à cause de raisons pratiques et de problèmes de chimie d'association difficiles à résoudre. Une société commercialise une prothèse héparinée mais aucune étude prospective randomisée n'a démontré son efficacité dans la prévention de risque de thrombose.

Dermatologie

Chaque année, en France, les Centres de brûlés accueillent plus de 4.000 malades dont plus de 4000 malades dont plus d'une centaine avec des brûlures s'étendant à 70%, au moins, de la surface cutanée.
 
Premier relais par une allogreffe
Le traitement immédiat consiste en une réanimation intensive et une excision des tissus nécrosés, suivie d'une rapide couverture le plus souvent par une homogreffe* provenant d'une banque de peau (donneur vivant ou décédé) quand la surface brûlée est trop étendue pour être recouverte par une autogreffe de peau prélevée en zone saine du malade.
 
La durée de vie de ces homogreffes est limitée, ce qui nécessite un relais assez rapide par un néoépiderme formé à partir des propres cellules épidermiques (kératinocytes) du malade.
 
Culture de kératinocytes
Initiée aux Etats Unis en 1975, la technique de Rheinwald et Green consiste à cultiver in vitro, après biopsie de seulement quelques cm² de peau du malade, les kératinocytes basaux isolés par séparation mécanique et enzymatique. Grâce à l'utilisation d'une couche nourricière de fibroblastes de souris (préalablement irradiés pour éviter leur prolifération), de l'apport d'hydrocortisone pour maintenir un aspect stratifié des colonies, et d'un facteur de croissance épidermique qui accélère la multiplication des cellules en ralentissant leur vieillissement, on obtient, en 3 semaines, avec un facteur de multiplication de 1 pour 10 000 un feuillet épithélial multicouche. Ce feuillet présente les caractéristiques de l'épiderme naturel avec des cellules basales profondes et des kératinocytes en voie de différenciation dans les couches supérieures. En 3 semaines il est ainsi possible, à partir d'une biopsie de 1 à 5 cm², de recouvrir, avec le feuillet épidermique cultivé in vitro, la surface cutanée d'un adulte (17 000 cm² environ). Pour favoriser la prise de greffe de ce feuillet en facilitant son adhésion aux tissus sous-jacents, on peut garder la couche dermique de l'homogreffe initialement utilisée pour une couverture rapide et qui est très faiblement immunogène.
 
Actuellement, dans les situations optimales, le pourcentage de prise de greffe est de 70 à 75%.
 
Une limite de cette technique est qu'il est très difficile de greffer ces feuillets épidermiques au niveau du visage et des articulations. Il faut alors recourir à des greffes cutanées classiques.