Avancées dans la modification des ciments osseux injectables à base de phosphate de calcium pour des applications cliniques
Le domaine de la réparation des défauts osseux a connu des progrès significatifs grâce au développement de matériaux bioactifs de substitution osseuse. Les méthodes traditionnelles, telles que les autogreffes, allogreffes et xénogreffes, présentent des limitations intrinsèques, incluant une disponibilité limitée, des dommages excessifs au site donneur, une croissance restreinte et des taux de complications élevés. Les matériaux injectables d’échafaudage osseux, en particulier en orthopédie et en dentisterie, offrent une alternative prometteuse. Parmi ceux-ci, les ciments osseux à base de phosphate de calcium (CPC) attirent une attention particulière en raison de leur similarité chimique avec les composants inorganiques de l’os, favorisant l’intégration et le remodelage osseux naturel.
Les CPC reproduisent la phase minérale de l’os, créant un réseau favorisant l’intégration tissulaire. Comparés aux ciments en polyméthylméthacrylate (PMMA), ils génèrent une température exothermique plus faible et une ostéointégration supérieure, les rendant idéaux pour la réparation osseuse. Cependant, leur vitesse de dégradation lente, leur absence de macroporosité et leur résistance mécanique inférieure à celle de l’os cortical humain limitent leur utilisation clinique. Des stratégies de modification sont donc nécessaires.
Une approche consiste à développer des composites poreux ou nanostructurés et à intégrer des systèmes de libération de médicaments pour stimuler la croissance osseuse. Chez les patients ostéoporotiques, les CPC modifiés favorisent la différenciation des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse (BMSC) et potentialisent l’activité ostéoblastique via des facteurs comme le plasma riche en plaquettes (PRP), la protéine morphogénétique osseuse-2 (BMP-2) ou des métaux.
La BMP-2, chargée sur des échafaudages de CPC, accélère la formation osseuse en modulant la conformation de la protéine, activant les voies de signalisation Smad1/5/8 et MAPK, et en stimulant l’expression de gènes ostéogéniques. Les CPC inhibent également la résorption médiée par les ostéoclastes, compensant l’activité accrue de ces cellules induite par la BMP-2. Le PRP, riche en facteurs de croissance, améliore la réparation osseuse via des effets sur l’inflammation, l’angiogenèse et la synthèse de la matrice extracellulaire.
Des métaux comme le magnésium et le strontium, intégrés aux CPC, potentialisent l’activité ostéogénique. Le strontium augmente l’expression de gènes liés aux ostéoblastes et l’activité de la phosphatase alcaline. Le magnésium favorise l’adhésion des BMSC et leur différenciation via des mécanismes intégrine-dépendants. Les CPC chargés en magnésium (MCPC) améliorent aussi le potentiel angiogénique des cellules endothéliales.
D’autres ions métalliques, comme le cuivre, le cobalt et le chrome, ont été étudiés pour leur rôle dans la cicatrisation osseuse. Les CPC dopés au cuivre présentent des propriétés antibactériennes, angiogéniques et favorisent la minéralisation. Le cobalt et le chrome montrent des résultats contrastés, nécessitant des recherches supplémentaires.
Les CPC servent également de vecteurs localisés pour des antibiotiques, réduisant les infections postopératoires. Leur microporosité interconnectée, comparée à la porosité marginale des PMMA, améliore la libération de principes actifs. Cependant, l’ajout d’antibiotiques peut altérer la porosité et la résistance mécanique des CPC. Des polymères chargés en médicaments sont donc utilisés pour optimiser la dégradation et les propriétés mécaniques.
Au-delà des antibiotiques, les CPC sont explorés comme vecteurs d’agents antitumoraux ou radioactifs, offrant des traitements locaux réduisant les effets systémiques. Leur biodégradabilité doit être synchronisée avec la formation osseuse. L’ajout de microsphères de PLGA ou de phases organiques (poudre osseuse allogénique, BMSC-PRP) accélère la dégradation. Les CPC modifiés au strontium montrent une excellente ostéoinduction et biodégradabilité en contexte clinique.
La résistance mécanique et la résistance à la fracture des CPC sont améliorées par des fibres, des réticulations ou l’ajustement du liquide de durcissement. Des oxydes métalliques nanométriques, de la fibroïne de soie, des fibres de carbone activées ou des amidons gélatinisés renforcent la résistance à la compression. Le collagène de type I (coI), bien que réduisant la résistance mécanique, favorise l’intégration osseuse. Une modification secondaire, comme le dopage au strontium, compense cette faiblesse en créant des microstructures verrouillées.
Les modifications binaires, combinant adjuvants matériels et biologiques, optimisent l’efficacité globale. Par exemple, l’ajout de fibres de PLGA aux CPC améliore leur résistance mécanique, tandis que l’intégration de BMP-2 ou de protéines GDF5 potentialise la formation osseuse et l’angiogenèse.
En conclusion, la modification des CPC injectables représente un domaine dynamique, prometteur pour les applications cliniques. L’intégration d’éléments bioactifs, de métaux et de systèmes de délivrance de médicaments surmonte leurs limitations, ouvrant la voie à des solutions efficaces pour la réparation et la régénération osseuses. Ces avancées améliorent significativement les résultats cliniques en orthopédie et en dentisterie.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001092