pour le Comblement Osseux Dia 01 BoneStar Technology S.A. Calcium phosphate bone substitutes for skeletal repair Symposium “Vertébroplastie” Paris 5 février 2010
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
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
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]
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
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)
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
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
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
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).
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)
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
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
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
journeevertebro
maltzj
addyosmani
jcasabona
ufuk
chriscoyier
rasmusluckow
sachag
holman
morganepeng
jeffersonlam
scottboms
bkeepers
