ORIGINE

Exosquelette de polypes (invertébrés marins) résultant d'une cristallisation. La formation des cristaux calciques, par lesquels sont construits tous les polypiers coralliens, se réalise par la succession de très nombreux cycles de biominéralisation. Certains coraux ont une structure poreuse régulière proche de l'os spongieux (Porites, Goniopora, Acropora), d'autres possèdent une paroi externe compacte rappelant l'os cortical (Favites,Lobophyllia).
Le Biocoral* fait appel à différentes espèces, sélectionnées en fonction de leurs caractéristiques structurales et des indications cliniques, chacune subit une identification, un allotage et des contrôles physico-chimiques.

La fabrication de Biocoral* met en oeuvre des procédés mécaniques, chimiques, physiques et des contrôles physico- chimiques. La stérilisation est réalisée par rayonnements ionisants béta.
La production est effectuée dans des conditions maîtrisées : système assurance qualité conformes aux normes ISO 9002 et EN 46002, validation de la méthode de stérilisation (EN 552).

Caractérisation physico-chimique :

Carbonate de calcium sous forme d'aragonite >= 97%
Spectre spécifique en diffraction X et en absorption infra-rouge.

Magnesium 0,05 % à 0,2 % Eau < 0,5 %
Sodium < 1 % Oligo élements 0,5 à 1 %
Potassium < 0,03 % Acides aminés 0,07 ± 0,02 %
Phosphore < 0,05 % Absence de protéines résiduelles.

Porosité :

Trois types de porosité différentes sont proposés (P 50, P 20 et PI) :
- porosité régulière, ouverte, interconnectée, à 50 % environ (P50)
macroporosités : 150 µm en moyenne - microporosités : 5 à 15 µm
- porosité régulière, ouverte, entre 20 et 30 % (P20)
macroporosités : 200 µm en moyenne - microporosités : 5 à 20 µm
- porosité irrégulière (PI) : partie externe dense et partie interne poreuse, lamellaire. La structure est microporeuse au niveau de la paroi externe et la porosité devient de plus en plus importante (500 à 1000 mm) vers le centre, avec une direction nettement longitudinale.

Propriétés mécaniques :

Les caractéristiques mécaniques sont en relation avec le type de porosité.

Déformation à la rupture Contrainte à la rupture Module de Young

P50 0,26 ± 0,04 %   25,5 ± 5,2 MPa   7,9 ± 0,3 GPa

P20 0,53 ± 0,12 %   80 ± 35 MPa   24,6 ± 3,3 GPa

PI 0,48 ± 0,03 %   340 ± 25 MPa

PI 0,25 ± 0,04 %   8,2 ± 2,1 MPa

Biodégradation (1,2, 4, 5, 6, 9)

La cinétique de résorption et de réhabitation a fait l'objet de nombreux travaux chez différents animaux et pour différents types de reconstructions (comblement de têtes fémorales, de condyles, de cavités, remplacements de résections diaphysaires, arthrodèses vertébrales). Les études de différentes espèces de corail (Porites, Goniopora, Favites, Lobophyllia) ont montré (5-6) l'apparition rapide d'une vascularisation au sein du squelette corallien, qui est ensuite progressivement résorbé (grâce à l'anhydrase carbonique, enzyme secrétée en particulier par les ostéoclastes (5) ), puis remplacé par du tissu osseux.
La résorption corallienne et la néoformation osseuse sont variables selon le site d'implantation, le type de corail utilisé, la taille de l'implant et l'espèce animale. Elles sont plus rapides et plus importantes dans les implants possédant un plus grand volume de porosité . Radiologiquement, la résorption des implants chez le chien débute dès la 2ème semaine, et se poursuit progressivement tandis que la reconstruction osseuse apparaît. La réparation d’un segment diaphysaire se réalise entre le 8ème et le 12ème mois , tandis que la trame corallienne peut rester encore visible après le 18ème mois.
Par les méthodes nucléaires d'analyse, Irigaray et col. (10) montrent que la composition minérale de l'implant corallien est devenue identique à celle de l'os 5 mois après implantation chez le mouton. L'analyse par diffraction des rayons X indique qu'à 3 mois le corail n'a plus une structure cristalline de systèmeorthorhombique (aragonite) et qu'après 5 mois ils'est transformé en cristal d'os constitué surtout de phosphatede calcium (apatite).
L' étude des phénomènes cellulaires et des modifications de structure après implantation (12, 13, 14) indique que la résorption du corail implanté fait intervenir deux mécanismes :
- une dissolution de nature physico-chimique à l'origine de la libération d'ions calcium
- une résorption par des cellules ostéoclastes-like.
Cette résorption est associée à une néoformation osseuse très précoce à la périphérie de l'implant, ce qui assure la liaison entre le corail et le site receveur.

Premiers travaux : 1975
Premières expérimentations animales : 1977
Premieères applications chez l’homme : 1979
Marquage CE : décembre 1996

- En culture cellulaire in vitro, 6 études différentes ont montré que le Biocoral n'exerce directement ou par l'intermédiaire d'extrait, aucun effet cytotoxique. Sa cytocompatibilité a été également démontrée.Les études ont été réalisées sur divers types cellulaires : fibroblastes de lignée (AFNOR S 90-701 et S 90-702), sur fibroblastes humains gingivaux (8, 11) ostéoblastes (7). Les critères d'étude ont été des critères morphologiques, histologiques et ultrastructuraux.
En outre, il a été démontré un maintien de la différenciation ostéoblastique au contact du corail pendant des cultures prolongées , en utilisant des critères biochimiques spécifiques.
- Le Biocoral testé sous forme d'extrait n'exerce aucun pouvoir mutagène dans le modèle du test d'Ames et n'induit pas d'aberrations chromosomiques dans le modèle des lymphocytes humains.
- Le Biocoral n'exerce pas de pouvoir hémolytique (AFNOR S 91-224) et n'est pas pyrogène (LAL chromogénique)

Les essais d'implantation in vivo portent sur 20 rapports/études réalisés depuis 1977 par 10 laboratoires différents. Ils portent sur l'analyse de plus de 500 implants de corail en site intraosseux, intramusculaire ou sous-cutané testés à court, moyen et long terme. Les espèces animales ont été le rat, le lapin, le chien, le porc, le mini porc et le mouton. Les implantations intraosseuses ont été réalisées en site cortical, spongieux et membranaire.
Ces essais ont eu pour objectif de démontrer la tolérance du Biocoral, la cinétique et les mécanismes de sa résorption, ainsi que les modalités de la reconstruction osseuse à son contact. Dans certaines études, l'implantation decorail a été faite isolément, dans d'autres elle a été comparée à l'implantation d'autres matériaux de substitution osseuse. Les résultats de ces études démontrent la parfaite biocompatibilité de Biocoral qui autorise une apposition osseuse directs sans interposition fibreuse. En outre, le matériau possède les propriétés ostéoconductrices.

- Comblement de cavités et traitement de pseudarthroses (annexe 2) : Quarante patients opérés entre 1979 et 1981 pour pertes de substance osseuse des membres (recul de un à sept ans ; moyenne 44 mois).
Bon ou très bon résultat global dans 70% des cas. Des complications infectieuses (10%) sont intervenues lors du traitement de fractures ouvertes ou de pseudarthroses infectées, ne mettant pas en cause l'utilisation du corail. Le taux de résorption radiologique des implants, au dernier recul, était de 60%, sans corrélation franche avec le temps.
- Comblement de prises de greffes iliaques et de trous de trépan crâniens (19) : 200 fragments de Porites implantés sans complication imputable au corail. Bonne tolérance du corail, mais l'incorporation appréciée radiologiquement a paru se faire lentement pour ces indications.
- Arthrodèses vertébrales postérieures de la scoliose chez l'enfant (20) : 89 scolioses ayant plus d'un an de recul (moyenne 17 mois) . 3 pertes angulaires notables, aucune pseudarthrose et 5 infections dont 3 sur le matériel de synthèse et 2 sur hématome. Résultats comparables à ceux d'une série précédente faite avec la même ostéosynthèse mais avec des greffes autogènes. Le suivi à long terme (42 mois en moyenne) confirme les résultats.
- Arthrodèses intersomatiques cervicales :

25 patients (32 sites traités) (annexe 4). Age moyen 50 ans, recul moyen 670 jours (12 et 24 mois), pas de matériel d’ostéosynthèse. 1 reprise pour déplacement secondaire.
Disparition des signes cliniques : 23 patients - 1 amélioration partielle. Pas de pseudarthrose, hauteur de l’espace conservée, intégration progressive avec diminution de radiodensité de 40 % à 12 mois.

43 patients (48 sites traités) (23). Age moyen 47 ans, recul moyen 365 jours (1 et 36 mois). 1 retrait pour brèche de la dure mère en peropératoire. Disparition des signes sur 40 patients, 3 améliorations partielles. Pas de pseudarthrose, hauteur de l’espace intersomatique conservé. Intégration progressive avec diminution de la radiodensité.
- Reconstructions rachidiennes antérieures thoraco-lombaires (21) : 12 reconstructions corporéales : résorption aux extrémités pseudarthroses possibles, plusieurs fractures du matériel de synthèse antérieur de Le Dwer. Résultats à interpréter en fonction des indications (10 métastases, 2 fractures)
- Ostéotomies tibiales d'addition :

17 ostéotomies avec interposition d'un coin de Biocoral (annexe 1), et synthèse par lame-plaque : toutes ont consolidé sans perte de correction, mais absence d'image d'incorporation radiologiqu et formation d'un liseré périphérique de condensation osseuse.

18 patients (20 sites traités)avec un coin Biocoral (annexe 3), ostéosynthèse par plaque en T, recul moyen 29 mois (9-60 mois). Consolidation clinique et radiologique chez 17 patients, un patient présente une pseudarthrose bilatérale. La hauteur et l'angle de correction sont conservés. L'intégration du greffon se fait à partir de la zone spongieuse profonde, un liseré persiste en zone corticale après plusieurs mois de suivi, chez la moitié des patients.
- Stabilisation de fractures du col du fémur chez le sujet âgé (22) : l'utilisation de Biocoral (granules et sphères) associé à un clou plaque chez 21 patients, âge moyen 81 ans, a permis d'augmenter la stabilité de la fixation et la résistance d'une trame osseuse raréfiée, et de prévenir la migration secondaire du matériel d'ostéosynthèse. Par comparaison avec un "groupe historique", l'amélioration de la stabilité est associée à un raccourcissement de 37% du délai de consolidation et à une réduction de la durée d'immobilisation. Incorporation radiologique en 4 à 6 mois.

Différentes formes et tailles sont disponibles dans trois types de coraux de porosité différente :
- Porosité régulière (P50 ou P20) : Blocs, coins, chevilles, pièces crânio maxillo faciales, pièces sur mesures
Sphères, granules.
- Porosité irrégulière (PI) : bâtonnets

Inoteb - Le Guernol - 56920 Saint-Gonnery - France

VM Tech -Collin - 19, rue de la Gare - 94230 Cachan

Bibliographie :
Etudes Fondamentales
1. R.T.Chiroff, E. W. White, J.N. Weber, D. M. Roy.Tissue ingrowth of replamineform implants. J. Biomed. Mat. , 1975, 6 : 29-45
2. J.L. Patat. Réhabitation osseuse de matériaux poreux ou à surface irrégulière. Thèse de doctorat en médecine, Paris, 1976
3. A. Patel, F. Honnart, G. Guillemin, J.L. Patat, M. Chetail, J. Fournie . Colonisation osseuse de matériaux minéraux. Rev. Chir. Ortho., 1980, 66 : 64-64
4. G. Guillemin, J. Fournie, J.L. Patat, M. Chetail, . Contribution à l'étude du devenir d'un fragment de squelette de corail madréporaire implanté dans la diaphyse des os chez le chien. C.R. Acad. Sci., Paris, 1981, N° 293, série III : 371- 376
5. G.Guillemin. Les matériaux madréporaires en chirurgie orthopédique. Cahiers d'enseignement de la SOFCOT, 1986,
N° 25 : 91-100
6. G. Guillemin, J.L. Patat, .The use of coral as a bone graft substitute. J. of Biomed. Mater. Reseach, 1987, 21 : 557-567
7. J.M. Sautier, J.R. Nefussi, H. Boukelbache, N. Forest. In vitro bone formation on coral granules. In vitro. Dev. Biol.,
8.. A.H.M. Shabana, J.P. Ouhayoun, N. Boulekbache, N. Forest. Ultrastructural study of the effects of coral skeleton on cultured human gingival fibroblasts in three dimensional collagen lattices. Journal of Material science : Materials in medicine, 1991, 2 : 162-167
9.. J.P. Ouhayoun, S. Issahakian, J.L. Patat, A.H.M. Shabana, G. Guillemin. Histological Evaluation of natural coral skeleton as a grafting material in miniature swine mandible. Journal of Materials Science : materials in medicine, n° 3, 1992, p.222 - 228.
10. J.L. Irigaray, H. Oudadesse, G. Blondiaux, D. Collangettes.. Kinetics of the diffusion of some elements evaluated by neuton activation in a coral implanted in vivo. J. of Radioanalytical and nuclear chemistry, 1993, 169, N° 2 : 339-346
11. G; Guillemin, M. Launay, A. Meunier. Natural coral as a substrate for fibroblastic growth in vitro. Journal of Materials Science : Materials in Medicine, 1993, N°4, pp 575 - 581.
12. C.J. Damien, J.L. Ricci, P. Christel, H. Alexander, J.L. Patat . Formation of a calcium phosphate-rich layer on absorbable calcium carbonate bone graft substitute. Calcif. Tissue Int., 1994, 55 : 151-158
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16..J.L. Irigaray, F. Braye, H. Oudadesse, E. Jallot, G. Weber, A. Amiribadi, H. Tixier. Diffusion of mineral elements evaluated by PIXE at the bone-coral interface. J. Biomater. Sci. Polymer Edn, 1996, Vol. 7, 8 : 741-749
17.. F. Braye, J.L. Iragaray, E. Jallot, H. Oudadesse, G. Weber, N. Deschamps, C. Deschamps, Frayssinet. Resorption kinetics of osseous substitute : natural coral and synthetic hydroxyapatite. Biomaterials, 1996,
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18. T.J. Gao, T. K. Tuominen, T. S. Lindholm, B. Kommonen, T.C. Lindholm.Morphological and biomechanical difference in healing in segmental tibial defects implanted with Biocoral or tricalcium phosphate cylinders. Biomaterials, 1997, Vol. 18, 3 : 219-223
Etudes Cliniques
19. B. Loty, F.X. Roux, B. Georges, J.P. Courpied, M. Postel,. Utilisation du corail en chirurgie osseuse - Résultats 4 ans d'utilisation. Internat. Orthop., 1990, 14 : 255-259
20..J.C. Pouliquen, M. Noat, C. Verneret, G. Guillemin, J.L. Patat.Le corail naturel substitut à l'apport osseux dans l'arthrodèse vertébrale postérieure chez l'enfant. Rev. Chir. Orthop., 1991, suppl. 1 : 82
21. M. Onimus. La reconstruction antérieure de la colonne vertébrale. Cahiers d'enseignement de la SOFCOT, Conférences, 1990, 175-185
22. Y. Cirotteau. The use of Biocoral for hip fracture repair in elderly patients. Bulletin de l'Institut océanographique, Monaco, 1995, n° spécial 14, 3 : 129-134
23..P.H. Kehr, A.G. Graftiaux, F. Gosset, I. Bogorin , K. Bencheik.Coral as graft in cervical surgery. Orthop. Traumatol (1993) 3 : 287 - 29

Annexes
1. Burdin Ph., Favart L. Utilisation du corail dans les ostéotomies d'addition Communication personnelle GESTO 1991
2. Feron J.M., Patel A., Bouchet T., Signoret F.Coral used as bone graft substitutes : a long term follow-up of 40 patients
The 3rd International Symposium on locomotor tissue bank, Bangkok, 1988
3. Kenesi C. Rapport sur l'utilisation de coins Biocoral dans 20 cas d'ostéotomie tibiale d'addition - 1995
4. Keravel, Rinçon, Le Guerinel . Arthrodèses intersomatiques cervicales en corail. Congrès de Neurochirurgie 1996, Paris
5. Documentation Biocoral