À la fois souple et solide comme un os humain, un nouveau type d’implant en mousse de titane et à mise en charge immédiate rappelle dans sa structure la matrice du tissu osseux et favorise l’interposition dans les os voisins.
On grandit avec ses responsabilités, mais aussi avec ses os. Le tissu osseux se densifie lorsque la charge de l’os s’alourdit. Inversement, des parties du squelette moins sollicitées présentent une densité réduite. C’est le stimulus de la charge qui déclenche la croissance de la matrice osseuse. Des médecins cherchent à mieux exploiter ce phénomène pour fixer des implants aux os du patient de façon plus durable et plus stable. L’os de substitution doit aussi favoriser l’interposition, avec des pores et des canaux, à travers lesquels les vaisseaux sanguins et les cellules osseuses peuvent se développer librement. Le matériau privilégié pour les implants est le titane de l’alliage Ti6Al4V. Solide, stable et résistant, il est bien toléré par le corps humain, mais il n’est pas facile à façonner. Le titane réagit à hautes températures avec l’oxygène, l’azote et le carbone. Il devient alors cassant et fragile, ce qui réduit les possibilités de procédés de fabrication.
Les procédés actuels ne permettent pas encore de fabriquer des matrices osseuses complexes. C’est pour cette raison que l’on utilise principalement des implants en titane volumineux lorsque des os à forte charge sont abîmés. En fait, nombre de ces implants ont une surface structurée qui sert de support aux cellules osseuses. L’implantation qui en résulte reste toutefois fragile. En outre, les implants volumineux présentent d’autres propriétés mécaniques que le squelette humain et sont notamment bien plus rigides. « L’os voisin se charge à peine et au pire se rétracte. L’implant se déchausse et doit alors être remplacé », explique le professeur Peter Quadbeck, chercheur à l’Institut Fraunhofer pour les techniques de fabrication et la recherche appliquée en matériaux (IFAM) situé à Dresde. Il coordonne également le projet « TiFoam » qui met au point un matériau en titane destiné à des implants de nouvelle génération et dont la structure poreuse rappelle celle des cellules osseuses internes.
La mousse de titane s’obtient par une technique d’impression à base de poudre métallurgique qui a déjà prouvé son efficacité pour la fabrication industrielle de filtres en céramique pour la fonte d’aluminium. Des mousses de polyuréthane à cellules ouvertes sont imprégnées d’une solution contenant un liant et de la poudre de titane fine. La poudre se fixe aux structures cellulaires de la mousse. Le polyuréthane et le liant sont vaporisés. On obtient ainsi l’image des structures poreuses qui est ensuite frittée. « Cette mousse de titane a des propriétés mécaniques très proches de celle des os humains », indique le professeur Quadbeck. « Il s’agit principalement de trouver le bon équilibre entre une résistance satisfaisante et une rigidité moins forte ». La première est un prérequis important pour utiliser ce matériau dans des os soumis à des charges et des sollicitations mécaniques. Une rigidité similaire à celle de l’os permet de transmettre des stimuli de charge et favorise la prise de l’implant avec la formation de nouvelles cellules osseuses. Cet implant peut et doit donc être mis en charge juste après sa pose.
Les partenaires du projet « TiFoam » se sont attachés à démontrer la capacité de la mousse de titane à remplacer des corps vertébrés défectueux. Elle convient également pour « réparer » d’autres os à forte charge. Outre les chercheurs spécialisés en matériaux de l’IFAM et ceux l’IKTS (Institut de recherche en technologies et systèmes des céramiques de Dresde), d’autres médecins de l’Hôpital universitaire de l’Université technologique de Dresde, ainsi que des entreprises, ont participé au développement de la mousse de titane. InnoTERE, l’un des partenaires du projet, envisage de mettre au point et de fabriquer des implants osseux à partir de ce nouveau matériau.
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