Les céramiques à base d’hydroxyapatite (HA) sont couramment utilisées comme substituts synthétiques osseux. Cependant, concevoir des architectures tridimensionnelles en céramique de forme complexe reste un défi de taille. Ces travaux, réalisés dans le cadre du projet « Substituts en céramiques mimant l’os (MimOsA) » impliquant l’IRCER et les Instituts XLIM et PPRIME, ont ainsi pour objet de développer une architecture céramique poreuse mimant l’os trabéculaire naturel, et d’en étudier le comportement biologique.

Pour cela, des échantillons d’os, prélevés au Centre Hospitalier Universitaire de Limoges selon les règles d’éthique en vigueur, ont été scannés par microtomographie aux rayons X pour générer une base de données de modèles 3D. À partir de cette conception assistée par ordinateur (fichiers .STL), des architectures céramique (HA) ont été façonnées couche par couche par fabrication additive en utilisant la stéréolithographie (SLA). Cette technique permet de réaliser une fabrication directe de pièces 3D avec une architecture complexe poreuse contrôlée (précision de l’ordre de la centaine de microns). Ensuite, les pièces ont été frittées pour obtenir des architectures céramiques denses.

Les pièces crues et frittées ainsi obtenues ont été comparées respectivement aux fichiers .STL de départ et au modèle osseux humain à reproduire (épaisseur de la paroi, taille et géométrie du réseau poreux) à l’aide d’une analyse d’images. Les paramètres machine optimaux nécessaires à l’obtention de ces substituts mimétiques ont ainsi été définis.

Des cultures de cellules souches mésenchymateuses humaines (hMSC) ont été réalisées pour étudier les propriétés biologiques de ces structures (attachement et prolifération des cellules hMSC). Pour mener à bien cette étude cellulaire, des outils de caractérisation de pointe présents sur la plateforme Biscem ont notamment été employés. Ces évaluations biologiques préliminaires montrent la bonne biocompatibilité et l’adhésion cellulaire sur ces substituts.

Grâce à cette première preuve de concept, les travaux se poursuivent dans le cadre du projet région « BELENOS » visant à fonctionnaliser ces substituts (intégration d’antibiotiques, etc.)

Ensemble des étapes du projet MimOsA : de la création du fichier .STL (c) à partir d’os humain collecté (a) scanné par microtomographie RX (b) jusqu’à l’étude in vitro (e) de la pièce céramique frittée obtenue (d)

Informations relatives à la publication

Journal: Solid State Phenomena (Volume 339)
Pages: 103-108
Article: Processing by Laser Stereolithography and In Vitro Biological Evaluation of Hydroxyapatite Scaffolds Mimicking Human Trabecular Bone Architecture

Auteurs : by Paul Danty, Amandine Magnaudeix, Emeline Renaudie, Fanny Leborgne, Vincent Pateloup, Valery Valle, Eric Champion*, Patricia Pascaud-Mathieu
Lien: https://doi.org/10.4028/p-zn71xt