Généralités

De nombreux travaux fondamentaux sur les céramiques de phosphate de calcium ont depuis 20 ans ouvert des perspectives nouvelles aux cliniciens, en tant que substituts du tissu osseux en chirurgie maxillo-faciale, ORL, neuro-chirurgie, odontologie et orthopédie.

1 - FABRICATION

a) Céramiques poreuses de synthèse :
Les produits de base sont préparés par synthèse chimique et se présentent sous forme de poudre. La mise en forme pour l’utilisation clinique (porosité et forme) nécessite différentes opérations ; après calcination (<900°C) la poudre est compactée sous pression puis chauffée (1100 à 1500°C) (Frittage). Il y a alors fusion des constituants, puis agglomération des microcristaux qui se forment au refroidissement et restent soudés. Les interstices entre ces microcristaux déterminent le microporosité (< 5 m). Celle-ci dépend à la fois de la pression et de la température, et son contrôle parfait s’avère délicat.
L’addition à la poudre de billes de naphtalène crée la macroporosité (>100 m). Le diamètre des macropores est déterminé par le diamètre des billes, qui se subliment à haute température.

b) Céramiques poreuses d’origine biologique :
Elles sont fabriquées selon un processus thermique identique, mais à partir de structures biologiques phospho- calciques poreuses pré-existantes (corail, os). Ce traitement thermique détruit les éléments organiques et provoque la céramisation de la trame phospho-calcique.

2 - CARACTERISATION

a) Méthodes : - Caractérisation Physico-Chimique :

Analyse élémentaire :

- dosage du calcium (Ca), phosphore (P), éléments traces,
- recherche des éléments lourds (pollution)
- détermination du rapport Ca/P.

Diffraction aux rayons X :

- détermination des phases minérales (HAP, PTC),
- détermination de la cristallinité (taille, forme des cristaux),
- recherche de défauts cristallins.

Spectrométrie infra-rouge :
détermination des groupes fonctionnels (carbonates, présence d’eau, composants organiques, substitutions ioniques...).
- Structure :
Détermination des états de surfaces, de la micro et macroporosité.

b) Les différents produits :

- L’hydroxyapatite (HAP), Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 est le plus proche des cristaux d’apatite biologique. Le rapport atomique Ca/P (1,67) est inférieur à celui de l’os.
- Le phosphate tricalcique b(b PTC), Ca3 (PO4) 2. Le rapport Ca/P est de 1,5.
- Les produits biphasés (BPC) associent dans un rapport variable de l’HAP et du bPTC.

La fabrication de ces produits fait intervenir de nombreuses variables qui conditionnent leur comportement biologique : composition élémentaire, nature des phases minérales, micro et macroporosité, présence d’impuretés.

a) Biocompatibilité :
Elles sont parfaitement tolérées et donc biocomptatibles.

b) Cinétique de colonisation
Par opposition aux céramiques bio-inertes (alumine, zircone) elles sont bioactives, et ont donc des échanges chimiques avec les tissus vivants.
Après implantation, le matériau est le siège d’une dissolution extracellulaire et d’une dégradation d’origine cellulaire. Celles-ci dépendent de la structure chimique (HAP, bPTC, BCP) physique (pores du matériau), et de l’environnement du matériau. Les fluides biologiques occupant les micropores s’enrichissent en Ca, ce qui aboutit à la précipitation de cristaux d’apatite similaires à ceux de l’os avoisinant (processus de calcification et non d’ossification).
Si la taille des macropores est adéquate, les processus d’ostéoconduction peuvent entrer en jeu, ainsi que le remodelage osseux Haversien ultérieur. Les céramiques de Phosphate de Calcium sont ostéoconductrices (mais pas ostéoinductrices), et nécessitent un contact intime avec l’os receveur et l’absence de mouvement entre os et implant.
La résorption des implants ne doit pas être trop rapide pour permettre une colonisation des macropores par les cellules mésenchymateuses, plus ou moins différenciées qui permettent l’apposition osseuse.
L’HAP est très peu soluble et son taux de dégradation est très bas in vivo, mais varie en fonction du pH.
Le ß PTC est beaucoup plus soluble et présente une dégradation in vivo importante.
Les produits biphasés ont des propriétés qui varient en fonction de rapport entre HAP et ß PTC
Le résultat clinique dépend donc de la cinétique de colonisation et de résorption, qui est conditionnée par les caractères chimiques et physico-chimiques de l’implant ; ces critères devront donc être parfaitement contrôlés.

c) Propriétés mécaniques :
Un des inconvénients des céramiques de phosphate de calcium macroporeuses est leur fragilité et leur faible résistance mécanique qui limitent leur utilisation isolée en cas de contrainte importante (leur résistance en flexion ou torsion est encore plus faible qu’en compression).

Hydroxyapatites (HAP):

- HAP Synthétiques
- HAP Biologiques

Phosphates tricalciques (PTC)

Céramiques biphasiques (HAP-PTC)