Développement de nouveaux verres à base de pyrophosphates élaborés par chimie douce pour des applications en régénération osseuse – PyVerres

En raison du vieillissement de la population, de maladies et traumatismes, les greffes et substituts osseux sont utilisés pour remplacer le tissu osseux défaillant. En 2020 en Europe, le nombre de greffes osseuses atteindra 500000 et les volumes des ventes de substituts synthétiques, à un coût le plus bas possible, s’élèveront à 4 millions de cm3. Parmi ceux-ci, il a été démontré cliniquement que les verres bioactifs silicates sont aussi efficaces que les autogreffes à long terme, mais que leurs performances ne sont pas optimales à court terme notamment pour la chirurgie du rachis, la consolidation de fractures et l’augmentation de la crête alvéolaire (implantologie dentaire), pour lesquelles la régénération de l’os est nécessaire dans les quatre mois.

Le projet PyVerres vise à développer les aspects fondamentaux et appliqués de nouveaux verres pyrophosphate pour la régénération de l’os (applications orthopédiques et dentaires). Ces biomatériaux, récemment brevetés par le CIRIMAT, sont composés d'entités pyro et orthophosphates et d’ions calcium. Leur élaboration par chimie douce (= 40°C, séchage inclus) et leur structure n'ont jamais été décrites dans la littérature. La nature de ces matériaux et leur procédé de synthèse sont en adéquation avec la réduction des coûts de fabrication, à savoir des matières premières moins chères, des processus d'élaboration sans solvant et à faible température. Biologiquement, leur nouveauté est associée aux entités pyrophosphate qui peuvent être hydrolysées en orthophosphate grâce aux réactions chimiques et enzymatiques (enzymes phosphatase produites par les ostéoblastes). La maîtrise et l’adaptabilité de leurs propriétés via le contrôle biochimique du taux de résorption (hydrolyses chimique et enzymatique liées au rapport pyro/orthophosphate) ouvre la voie à la conception de matériaux capables d'induire une réaction biologique spécifique, et d’agir comme des verres inorganiques biologiquement actifs améliorant le processus de cicatrisation de l'os.
Plus important encore, ce projet vise à évaluer la technologie des verres pyrophosphate et son transfert (synthèse basse température, caractérisations) à une PME, Noraker, qui a mis sur le marché plusieurs produits innovants à base de verre bioactif développés dans le cadre de collaborations académiques. Pour s’assurer de la réussite de ce principal objectif R&D, des études chimiques, physico-chimiques et biologiques fondamentales doivent être effectuées pour établir un lien entre le processus d'élaboration, les compositions de ces verres et leurs propriétés biologiques.

Ce projet repose sur un consortium de 5 partenaires académiques et 1 partenaire industriel, aux domaines de compétences et d’expertise complémentaires, pour développer ce projet PRCE inter et multidisciplinaire. Le consortium inclut deux Instituts Carnot, le CIRIMAT à Toulouse et Chimie-Balard à Montpellier, le LCMCP à Paris, BioTis U1026 à Bordeaux, le B2OA à Paris et la société Noraker à Villeurbanne.

Le programme de travail comprend une 1ère étape dédiée à l'élaboration de verres (étude des conditions de synthèse : composition, pH, température), suivie par le transfert de technologie du procédé d’élaboration à Noraker ainsi que les caractérisations fines des verres (structure, morphologie et propriétés thermiques) et leur modélisation. L'étude in vitro de la réactivité de ces verres en milieu biologique est la 2ème étape importante. Elle est nécessaire pour anticiper les phénomènes physico-chimiques qui se produisent à la surface ou à l'intérieur du verre en présence/absence d'enzymes. Des essais biologiques seront ensuite effectués: i) in vitro pour étudier la réponse biologique des cellules et des enzymes phosphatases en fonction de la composition du verre (pyro/orthophosphate) et ii) in vivo grâce à l'implantation chez l’animal pour étudier la biocompatibilité, l’ostéoconductivité et la cinétique de résorbabilité de ces verres par rapport aux verres bioactifs commerciaux.