Par Mathilde Gruchet, Consultante – Financement de l’Innovation – ACIES Consulting Group

Les biomatériaux : quand la technologie se met au service de la santé

Les biomatériaux sont des matériaux travaillant sous contrainte biologique et dont la fonction première est de réaliser ou de compléter une fonction ou celle de l’organe qu’ils remplacent[1]. Selon la définition donnée lors des conférences de Chester (1986 et 1991), un biomatériau est un matériau non vivant d’origine naturelle ou synthétique utilisé dans un dispositif médical destiné à interagir avec les systèmes biologiques, avec une durée de contact supérieure à trois semaines. Il s’agit donc par exemple de lentilles de contact, de prothèses, d’organes artificiels ou encore d’implants dentaires.

Ils représentent l’une des avancées thérapeutiques majeures de ces cinquante dernières années, et les dispositifs médicaux ayant recours à cette technologie sont devenus monnaie courante. Ainsi, on estime que 3 à 4 millions de personnes sont porteuses d’un biomatériau en France.

Cependant, les biomatériaux doivent respecter de nombreuses contraintes liées à leur utilisation en milieu biologique. Pour cela, il est nécessaire qu’ils possèdent certaines propriétés techniques, telles que :

  • Être biocompatibles[2]: les biomatériaux ne doivent pas être rejetés par le corps. Cela signifie que le milieu biologique doit accepter les constituants du biomatériau ainsi que ses produits de dégradation (débris d’usure…).
  • Être biofonctionnels : une fois implanté, il est attendu du biomatériau qu’il remplisse les fonctions pour lesquelles il a été conçu (réaliser ou compléter une fonction ou celle d’un organe).
  • Supporter les contraintes mécaniques et chimiques du tissu vivant autour. Ainsi, par exemple, une prothèse d’articulation de hanche devra résister à une charge représentant 3 à 10 fois le poids du corps selon le type de mouvement[3]. Il s’agit également qu’il résiste aux conditions propres à un environnement biologique (eau, substances corrosives ou oxydantes, pH…).

Pour répondre à ces contraintes, le choix des constituants du biomatériau est une étape cruciale et fait l’objet de nombreux travaux de R&D. Les principaux composés utilisés à ce jour sont l’acier inoxydable, le titane, les céramiques, les polymères ou encore les matériaux d’origine naturelle (collagène, cellulose, etc.).

Ainsi, par exemple, dans le domaine de la bio-ingénierie de l’os, les biomatériaux peuvent être utilisés en tant que substituts osseux pour assister la reconstruction d’un os. Les recherches s’orientent alors vers des composés qui peuvent être eux-mêmes le support de la repousse osseuse ou qui peuvent contenir des cellules capables de synthétiser elles-mêmes le tissu osseux (Figure 1). Ils doivent également être poreux et résorbables. Les matériaux adaptés sont plutôt des céramiques, naturelles ou synthétiques, par exemple l’hydroxyapatite et les phosphates tricalciques, dont la maîtrise de la densité, de la taille des grains et de la porosité déterminera le comportement du matériau in vivo.

 6

Figure 1

Au contraire, ce sont les propriétés de résistance, d’élasticité et de fermeté qui sont recherchées dans le cadre de l’ingénierie cutanée. Ainsi, en 2010, un derme constitué de biomatériaux de fibrine et d’agarose avait permis de générer de la peau humaine biocompatible avec un rat, sans signe de rejet ou d’injection[4].

On peut également citer le développement depuis une vingtaine d’années du cœur artificiel total (Figure 2). L’une des difficultés de ce projet de prothèse est le besoin de matériaux ayant démontré leur biocompatibilité pour toutes les surfaces en contact avec le sang. Plusieurs brevets ont été déposés sur le sujet[5].

7

Figure 2

Ainsi, les recherches dans ce domaine sont en plein essor : des équipes de chercheurs et d’ingénieurs provenant de disciplines telles que la médecine ou les matériaux travaillent ensemble afin d’imposer l’utilisation des biomatériaux dans le domaine médical comme un élément primordial de nouvelles stratégies thérapeutiques.

[1] « Biomatériaux ». Rapport rédigé sous la co-responsabilité de Laurent Sedel, Président de l’Intercommission n° 1 de l’INSERM – Faculté de Médecine Lariboisière – Paris et Christian Janot, Professeur à l’Université Joseph Fourier – ILL – Grenoble.

[2] Biocompatibilité : propriété d’un matériau à agir avec une réponse appropriée de l’hôte dans une application spécifique.

[3] INSERM, Technologies pour la santé, Dossiers d’informations : Biomatériaux.

[4] Bulletin Electronique Espagne numéro 89 (4/01/2010).

[5] Brevet EP2380608 METHOD FOR OBTAINING A COMPOSITE HEMOCOMPATIABLE MATERIAL AND RESULTING MATERIAL