Ciments PhosphoCalciques J.Lemaitre

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June 17, 2013
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8H42 9H02 Ciments PhosphoCalciques J.Lemaitre

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  1. Pres-Paris10-JL.csd (©J. Lemaitre Jan 2010) Jacques LEMAITRE Ciments Phosphocalciques Injectables

    pour le Comblement Osseux Dia 01 BoneStar Technology S.A. Calcium phosphate bone substitutes for skeletal repair Symposium “Vertébroplastie” Paris 5 février 2010
  2. Pres-Paris10-JL.csd (©J. Lemaitre Jan 2010) BoneStar Technology S.A. Calcium phosphate

    bone substitutes for skeletal repair Le phosphate de calcium dans les tissus Les minéraux phospho-calciques Les ciments phospho-calciques Réponse biologique au ciment Brushitique L’innovation BoneStar Technology Conclusions Dia 02 Sommaire
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 03 Le Phosphate de Ca dans les Tissus L’os a. Structure – Os cortical (lamellaire) Diamètre du canal de Havers : 50 μm Epaisseur d’une lamelle : 15 μm Epaisseur l’un liseré ostéoïde : 15 μm Ø de l’ostéon : 350 μm. – Os trabéculaire (spongieux) Epaisseur d’une travée d’os spongieux : 100...200 μm. b. Composition – Tissu ostéoïde : env. 30 %pds (collagène + protéoglycanes) – Hydroxyapatite (HA) : Ca5(OH)(PO4)3 (env. 65 %pds) – Cellules : ostéoblastes, ostéocytes (env. 5 %pds). Ostéon (système de Havers) Lamelles circonférencielles Lamelles Périoste Vaisseau sanguin Os compact Fibres de Sharpey Vaisseau sanguin traversant un canal de Havers Canal transversal (de Volkmann) D’après E.N. Marieb, Anatomie et physiologie humaines (Trad. française, 4ème ed.), Ed. Renouveau Pédagogique, Québec (1999), Chap. 6, p 170.
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    bone substitutes for skeletal repair La dent a. Structure – Cément Tissu conjonctif calcifié. – Dentine Semblable au tissu osseux Contient des tubules (prolongements des odontoblastes). – Email Le plus minéralisé des tissus biologiques Matériau acellulaire Cristaux colonnaires de HA, perpendiculaires à la surface. b. Composition Dia 04 Le Phosphate de Ca dans les Tissus D’après E.N. Marieb, Anatomie et physiologie humaines (Trad. française, 4ème ed.), Ed. Renouveau Pédagogique, Québec (1999), Chap. 24, p 865. Contenu en HA et caractéristiques des tissus minéralisés %vol(HA) %pds(HA) D(App) Lim. Rupt. Mod. Elast. Tissu [g/cc] [MPa] [GPa] Os 39.5% 65.2% 1.91 150 15 Cément 45.0% 70.1% 2.02 – – Dentine 51.0% 74.9% 2.15 297 18 Email 91.0% 96.7% 2.97 384 84 HA 100.0% 100.0% 3.15 600 100 Couronne Collet Racine Email Dentine Tubules Cavum Gencive Cément Canal Desmo- donte Foramen Os
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 05 Les Minéraux Phospho-Calciques Principaux composés du Calcium utilisés dans les ciments Sigle Formule Chimique Dénomination Dureté* Solubilité° pHe MCPM Ca(H2PO4)2•H2O Phosphate Monocalcique – 115.0 g/L 3.98 DCP CaHPO4 Monétite 3.5 74.5 mg/L 7.47 DCPD CaHPO4•2H2O Brushite 2.5 146.7 mg/L 7.55 HA Ca5(OH)(PO4)3 Hydroxyapatite 5 5.7 mg/L 7.11 a a a a–TCP Ca3(PO4)2(a) Phos. Tricalcique–a – 82.0 mg/L 8.02 b b b b–TCP Ca3(PO4)2(b) Phos. Tricalcique–b 5 22.6 mg/L 7.56 TCPO Ca4O(PO4)2 Hilgenstockite – 26.4 mg/L 7.78 CC CaCO3 Calcite 3 55.1 mg/L 8.32 CSH Ca(SO4)•0.5H2O Plâtre – 21.2 g/L 5.59 CSD Ca(SO4)•2H2O Gypse 2 2.5 g/L 5.64 En grasses : Phases haute température. En italiques : Produits de consolidation dans les ciments phospho-calciques. * Dureté Mohs (Talc = 1, Diamant = 10) ° Masse soluble dans l’eau pure à 25°C, en équilibre avec CO2 atmosphérique [P(CO2) = 3.3x10-4 Atm).
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 06 Les Minéraux Phospho-Calciques Solubilité des phoshates de calcium a. Dans le sérum sanguin : HA peut précipiter (––167 mg/L) DCP peut précipiter (–55 mg/L) b-TCP est insoluble DCPD est soluble (53 mg/L) MCPM est très soluble (107.5 g/L). b. La solubilité est sensible au pH Lorsque pH < 3.8, DCPD devient moins soluble que HA. Solubilité de la calcite et des phosphates de Ca dans le sérum sanguin (T = 37°C, p[CO2]0 = 0.047 atm). Solubilité dans le sérum sanguin -55.5 52.8 -21.3 -142.7 -167.3 -138.3 -200 -150 -100 -50 0 50 100 DCPA DCPD a–TCP b–TCP HAP TTCP Composé Solubilité [mg/L] Soluble Insoluble (37°C; pH = 7.4; P[CO2] = 0.047 Atm) MCPM: 107'488 [mg/L]
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 07 De quoi s’agit-il ? a. Matériaux (presque) exclusivement minéraux – Sels minéraux de Ca2+, sous forme de poudres : phosphates, carbonate, sulfates… – Solution aqueuse, pouvant contenir divers additifs : ralentisseur de prise (retarde le durcissement du matériau) plastifiant (facilite l’écoulement de la pâte de ciment)… b. Matériaux pâteux – Le mélange des poudres et de la solution produit une pâte : la consistance de la pâte varie avec le rapport poudre/liquide – Selon sa consistance, la pâte est modelable ou injectable. c. Matériaux auto-durcissants – Au contact avec l’eau, réactions spontanées entre constituants du ciment dissolution des composants initiaux. – Formation d’un précipité provoquant la rigidification du matériau fins cristaux d’hydroxyapatite (HAP) ou de brushite (DCPD). d. Substitut osseux – Compositions proches du minéral osseux – Matériaux ostéoconducteurs – Substituts injectables de la greffe osseuse… Les Ciments Phospho-Calciques
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 08 Les Ciments Phospho-Calciques Ciments Apatitiques • Ca4 (PO4 )2 O + CaHPO4 Æ Ca5 (OH)(PO4 )3 (BoneSource®) • 8Ca3 (PO4 )2 (a) + Ca(H2 PO4 )2 •H2 O + 5CaCO3 Æ 6Ca5 (OH)(PO4 )3 + 5CO2 ≠ (Norian SRS®) Ciment Brushitique • Ca3 (PO4 )2 (b) + H3 PO4 + 6H2 O Æ 3CaHPO4 •2H2 O (EUROBONE®) • Ca3 (PO4 )2 (b) + Ca(H2 PO4 )2 •H2 O + 7H2 O Æ 4CaHPO4 •2H2 O (InjectOs™) Plâtre de Paris • Ca(SO4 )•0.5H2 O + 1.5H2 O Æ Ca(SO4 )•2H2 O (Plâtre de Paris) – En italique : liquide – En vert : gaz. Quelques réactions de cimentation
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 09 Les Ciments Phospho-Calciques Effets thermiques a. Prise exothermique Echauffement : – augmente avec la massivité – augmente avec la vitesse de prise. b. Effet variable – BoneSource® : Æ dégagement de chaleur important. – Norian SRS® : Æ dégagement de chaleur faible. – Ciments Brushitiques : Æ dégagement comparable au plâtre de Paris. Echauffements adiabatiques calculés sur base de rapports volumiques liquide/solide ª 1 Effets Thermiques Augmentation adiabatique de température 132 23 37 43 35 230 0 50 100 150 200 250 Bone Source® N orianSR S® C hronO S™ InjectO s™ Plâtre PM M A Ciment D D D DTad (°C)
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    bone substitutes for skeletal repair Effets volumiques a. Changement de compacité Fraction volumique solide changement de composition minérale Æ changement de porosité. b. Effet variable – BoneSource® : Æ faible perte de compacité. – Norian SRS® : Æ perte sensible de compacité. – Ciments Brushitiques : Æ gain important de compacité, nettement plus marqué que le plâtre de Paris. Dia 10 Ciment D(app.) initiale [g/cc] BoneSource® 1.91 Norian SRS® 1.84 ChronOS® 1.94 InjectOs™ 1.78 Effets Volumiques Changements relatifs de volume solide -4.2% -10.3% 20.3% 26.3% 5.8% -10.6% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% Bone Source® N orianSR S® C hronO S™ InjectO s™ Plâtre PM M A Ciment D D D DVs/Vso Les Ciments Phospho-Calciques
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 11 0 1 2 3 Coefficient d’Atténuation Linéique (cm–1) Simplex–B® BoneSource® NorianSRS® Cementek® a a a a–BSM® Cim. Brush.–A Cim. Brush.–B Deramond Matériau 0.98 2.09 1.61 1.56 1.39 1.52 1.60 2.48 Radio-opacité des ciments phospho-calciques Coefficients d’atténuation linéiques de divers ciments La radio-opacité des ciments injectables doit être améliorée • Tous les ciments présentent une radio-opacité plus élevée que le ciment orthopédique radio- opacifié standard (Simplex–B®). • Tous les ciments présentent une radio-opacité plus basse que le ciment orthopédique radio- opacifié selon le Dr H. Deramond. • La radio-opacité des ciments augmente avec leur compacité, directement liée à leur rapport Solide/Liquide. • BoneSource® est le plus radio-opaque des ciments, mais n’est pas injectable (trop épais). * Valeurs d’atténuation linéique calculées selon le modèle de C. Pittet, en fonction de la composition des matériaux. Les Ciments Phospho-Calciques
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    bone substitutes for skeletal repair Néoformation osseuse à partir de ciment brushitique a. Implantation en site spongieux – Condyle distal du fémur de lapin – Histologie sur os non décalcifié. b. La résorption de la brushite permet une recolonisation osseuse. – Périphérique au début – La recolonisation par les unités de remodelage osseux pénètre ensuite dans les brèches du matériau. Réponse Biologique - Ciment Brushitique Ciment Brushitique implantés dans le condyle distal d’un fémur de lapin (Ikenaga et al, J Biomed Mater Res 40:139-144,1998). Photos : B. Flautre, Institut de Recherches sur les Maladies du Squelette (Berck/Mer) Dia 12 4 Semaines 16 Semaines 5 mm 10 mm Ciment résiduel Tissu osseux calcifié Tissu ostéoïde
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 13 Expérience clinique : Traitement de la parodontite infectieuse Lésions parodontales : Paramètres cliniques Profondeur de poche Crête alvéolaire Perte d’attache Récession gingivale Gain d’attache Lésion avant traitement Lésion après traitement Poche périodontale infectée Gencive Couronne Racine Réponse Biologique - Ciment Brushitique
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 14 Réponse Biologique - Ciment Brushitique Expérience clinique : Traitement de la parodontite infectieuse a. Etude prospective pilote – 21 patients, trois poches traitées : – Témoin négatif : traitement habituel – Témoin positif : autogreffe – Inconnue : ciment brushitique. – Suivi à 90 et 180 jours. b. Résultats – Rejet du ciment (séquestre) – Chez 8 patients – Avant J90 – Ni douleur ni inflammation – Cas difficiles: • mobilité initiale de la dent • difficulté de mise en place du ciment (produit semi-préparé). – Diminution de la profondeur de poche – Importante entre J0 et J90 – Se maintient entre J90 et J180 – Améliorée avec le ciment et l’autogreffe. c. Conclusions – Amélioration mineure, mais significative – Ciment ª autogreffe – Stabilisation mécanique médiocre. Gain d'attache (pas de rejet) 0 0.5 1 1.5 2 0 90 180 Délai [jours] Gain d'attache ±2.00 ETM [mm] VitalOs Autogreffe Contrôle Expérience clinique "ParodontOs" (H. Tenenbaum, CHU Strasbourg, Jun-Nov 2003). p < 0.05 Etude sur ciment brushitique, effectuée au service de Parodontologie du CHUV de Strasbourg (Pr H. Tenenbaum).
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 15 Substitut osseux injectable prêt à l’emploi Présentation “bi-pâte” – Les réactifs chimiques du ciment sont répartis en deux pâtes séparées. – Les pâtes sont inertes avant d’être mélangées. – Le durcissement commence à la sortie de l’embout mélangeur. – L’utilisateur adapte à volonté la quantité de ciment au volume du défect à combler. – La mise en place du ciment peut se faire en plusieurs fois, et dans plusieurs sites distincts. L’Innovation de BoneStar Technology – Formulation de ciment brushitique présentée en deux pâtes dans une seringue à double corps avec embout mélangeur (InjectOs™) (Brevet EPFL. développement CalciphOs SA & BoneStar Technology SA)
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 16 Comparaison des présentations galéniques a. Produits semi-préparés – Présentation : Flacon(s) de poudre(s) Ampoule de liquide de gâchage – Préparation manuelle de la pâte – Remplissage manuel de la seringue d’injection – Strict respect d’un timing contraignant – Effet “opérateur” important. b. Produits prêts à l’emploi – Présentation : Double-seringue prête à l’emploi Accessoires: embout mélangeur, poussoir – Mélange automatique lors de l’expulsion – Simplification du geste – Délivrance du ciment à la demande – Effet “opérateur” minimal – Préparation industrielle, optimisée des pâtes – Caractéristiques reproductibles. L’Innovation de BoneStar Technology
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 17 Les ciments phosphocalciques : nouveaux substituts osseux a. Matériaux injectables, modelables, auto-durcissants b. Substituts de la greffe osseuse autologue. Applications potentielles a. Chirurgie dentaire – Traitement de la parodontite sévère – Comblement alvéolaire, augmentation de la crête – Scellement d’implants. b. Orthopédie, traumatologie – Augmentation osseuse (plateau tibial...) – Stabilisation de fixations internes – Complément pour la fixation d’implants. c. Chirurgie vertébrale – Vertébroplastie – Complément pour la fusion vertébrale. Conclusions Source : Synthes
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    bone substitutes for skeletal repair Dia 18 Fin
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    bone substitutes for skeletal repair Evolution chronologique de la résistance mécanique Comparaison ciment/céramique macroporeuse Céramique Ciment Os ± E.T. Résistance en Compression (MPa) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Délai post-op 2 Sem. 4 Sem. 12 Sem. 16 Sem. Témoins Réponse Biologique in vivo