Histoire des dispositifs médicaux et biomatériaux

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Histoire des métaux biodégradables

L’inhabilité des polymères biodégradables à être utilisée là où de fortes propriétés mécaniques sont nécessaires laisse la place aux métaux pour venir combler cette lacune. Par contre, ce n’est pas tous les métaux qui possèdent un potentiel de biodégradabilité. Certains sont très peu biocompatibles, voire toxiques, lorsqu’implantés à l’intérieur d’un patient.
Pour mieux saisir ce que sont les métaux biodégradables, en voici la définition :
Les métaux biodégradables sont des métaux dont on s’attend à ce qu’ils se dégradent graduellement in vivo, avec une réponse appropriée de l’hôte, et ce malgré la présence de produits de corrosion. Pour ensuite se dissoudre complètement, sans laisser aucun résidu derrière, une fois que leur mission d’assister la régénération des tissus est terminée [41].
Pour fonctionner de manière adéquate, le corps humain a besoin d’une grande variété d’éléments essentiels. Parmi ceux-ci, il y a quelques éléments métalliques. Le Tableau 2 répertorie les principaux éléments essentiels qui permettent au corps de maintenir correctement ses fonctions. Le Tableau 2 comprend à la fois les principaux éléments essentiels présents dans l’organisme, la masse contenue dans le corps, leur concentration relative dans l’organisme, leur toxicité s’il y a une trop grande consommation ainsi que la dose journalière assimilable par le corps. Les quatre éléments, le magnésium (Mg), le fer (Fe), le zinc (Zn) et le manganèse (Mn) sont présentement à l’étude pour leur potentiel d’utilisation en tant que métaux biodégradables. Le magnésium avec une dose journalière de 0,7 g est celui avec la dose la plus élevée parmi les éléments essentiels. Il est peu probable que le magnésium cause une quelconque toxicité lorsqu’il est utilisé comme implant biodégradable. La légèreté des implants, comme les endoprothèses, couplée à l’efficacité remarquable que possèdent les reins à filtrer le magnésium du sang sont de bons outils contre une éventuelle intoxication au magnésium [41].
Le fer et le zinc possèdent des doses journalières similaires qui sont 10 à 20 mg et 15 mg respectivement. Ces doses sont assez basses lorsque comparées avec le magnésium. Heureusement, le corps est doté de différents mécanismes pour permettre de métaboliser une augmentation de la concentration de ces ions.
Les mécanismes de dégradation de ces métaux sont d’une importance capitale. La vitesse de dégradation doit être en harmonie avec la guérison des tissus auxquels l’implant porte assistance. Les comportements de dégradation souhaités pour des implants vasculaires et orthopédiques sont représentés à la Figure 10.
Le comportement en dégradation souhaitable n’est pas le même pour tous les types d’implants. Ils sont différents principalement au niveau de la vitesse à laquelle l’implant se dégrade. Dans une situation parfaite, l’implant garderait la totalité de ses propriétés mécaniques et ne subirait aucune dégradation jusqu’à ce que le tissu en réparation puisse se supporter lui-même. Ensuite, la corrosion s’accélérerait ce qui entraînerait une diminution graduelle des propriétés mécaniques de l’implant, ce qui augmenterait petit à petit la charge sur le tissu nouvellement formé. Ceci est un facteur attrayant pour les implants orthopédiques, car les os non stimulés perdent rapidement de leur densité et de leur force [42,43]. En effet, selon la loi de Wolff, l’os s’adapte à la force mécanique qu’il subit. Quand un implant supporte une grande partie de la charge mécanique, une ostéoporose s’installe dans l’os implanté [44]. À la fin du cycle de dégradation, la totalité de l’implant est dégradée et le tissu complètement guérit. À ce jour, ceci est encore loin d’être le cas.

Environnements biologiques artificiels

Pour être utilisés comme implants médicaux, les métaux doivent être étudiés de façon exhaustive, que ce soit d’un point de vue des propriétés mécanique ou bien de la dégradation. Lorsqu’il est question de l’étude de la dégradation, celle-ci doit être évaluée dans un environnement semblable à celui où l’implant sera mis en place. Différentes solutions simulant un environnement biologique sont utilisées pour ce genre d’étude. Celles plus souvent utilisées sont : la solution tampon de phosphate, la solution de Ringer et la solution de Hanks [45]. Ces solutions sont des substitues qui permettent de simuler le liquide interstitiel ou bien le sang. Il est évidemment difficile, voire même impossible, de répliquer parfaitement les liquides physiologiques que l’on retrouve dans le corps. Par contre, ces solutions de remplacement sont des candidats acceptables et sont généralement considérées comme adéquates pour l’utilisation lors de tests in vitro. Pour des tests visant une application précise, d’autres solutions existent, par exemple l’urine artificielle pour simuler l’environnement du système urinaire. Toutes les solutions biologiques doivent être tenues à la température normale du corps humain lors des études de dégradation soit 37 °C.