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Matériaux bioactifs

1969
  • Larry L. Hench
Échantillons de bioglass dans un laboratoire de recherche sur les biomatériaux.

(generate image for illustration only)

Les matériaux bioactifs sont une classe de biomatériaux conçus pour induire une réponse biologique positive spécifique à l'interface matériau-tissu, entraînant la formation d'une liaison entre eux. Contrairement aux matériaux bioinertes qui visent une interaction minimale, les matériaux bioactifs participent activement aux processus de cicatrisation. Un exemple classique est le Bioglass, qui forme une couche d'hydroxyapatite à sa surface, se liant directement à l'os.

Le concept de bioactivité a été lancé par Larry Hench en 1969 avec son invention du Bioglass® 45S5, une composition spécifique de 45 % en poids de SiO2, 24,5 % de CaO, 24,5 % de Na2O et 6 % de P2O5. Le mécanisme de liaison osseuse implique une séquence de cinq réactions chimiques de surface. Lorsqu'il est exposé aux fluides corporels, (1) un échange ionique rapide de Na+ du verre avec H+ de la solution se produit, créant une couche riche en silice. (2) Cela augmente le pH local, ce qui provoque (3) la rupture du réseau de verre, libérant de l'acide silicique (Si(OH)4) et formant des silanols (Si-OH) à la surface. (4) Une forte concentration locale d'ions calcium et phosphate, provenant à la fois du verre et du fluide environnant, conduit à la formation d'une couche amorphe de phosphate de calcium. (5) Cette couche cristallise en apatite hydroxycarbonate (HCA), chimiquement et structurellement similaire à la phase minérale de l'os. Cette couche d'HCA fournit un support bioactif permettant aux ostéoblastes de coloniser, de différencier et de déposer une nouvelle matrice osseuse, créant ainsi une liaison solide, directe et homogène avec l'os hôte. Ce processus, appelé ostéointégration, est crucial pour la stabilité à long terme des implants. De plus, il a été démontré que les produits de dissolution, notamment l'acide silicique, stimulent les gènes des cellules ostéoprogénitrices, régulant positivement la production de facteurs de croissance. Cela confère au matériau non seulement une fonction ostéoconductrice (support à la croissance osseuse), mais aussi ostéoinductive (stimulant activement la formation de nouveaux os).

UNESCO Nomenclature: 3201
– Medical sciences

Taper

Processus chimique

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • développement de la science et de la fabrication du verre
  • compréhension de la composition osseuse et du rôle de l'hydroxyapatite
  • utilisation précoce de céramiques inertes comme l'alumine en orthopédie
  • progrès dans les techniques d'analyse de surface pour étudier l'interface matériau-tissu

Applications

  • greffes osseuses et comblements de vides en chirurgie orthopédique et dentaire
  • revêtements sur implants métalliques (par exemple, tiges de hanche) pour favoriser l'ostéointégration
  • échafaudages pour l'ingénierie des tissus osseux
  • composants des dentifrices bioactifs pour reminéraliser l'émail
  • pansements cicatrisants qui stimulent la réparation des tissus

Brevets:

  • US3929971A

Idées d'innovations potentielles

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Contexte historique

Matériaux bioactifs

1960
1960
1969
1976-05-28
1980
1990
1960
1965
1970
1980
1980

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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