Contribution à l'élaboration d'un ciment osseux acrylique amidonné à base d'HEMA

Contribution to the elaboration of a HEMA based starched acrylic bone cement

• Auteur / Autrice : Céline Aubrun
• Direction : Philippe Hivart, Francine Monchau-Godbille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 15/12/2016
• Etablissement(s) : Artois
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur
• Jury : Président / Présidente : Pascal Déprez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Hivart, Francine Monchau-Godbille, Pascal Déprez, Ileana Constanta Rosca, Pascal Vantomme, Stéphane Leprêtre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ileana Constanta Rosca, Pascal Vantomme

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chirurgie orthopédique -- Technique

Ciment

Substituts osseux

Mots clés libres

Os

Ciment

Acrylique.

Amidons

Charges

Paramètres de prise

Propriétés

Bone

Cement

Acrylic

Starches

Fillers

Curing parameters

Properties

Résumé

Les ciments acryliques osseux sont une solution courante pour traiter des lacunes osseuses. L'incorporation de charges permet d'en améliorer les propriétés, ainsi l'amidon pour la dégradabilité, associé à l’acétate de cellulose pour les propriétés mécaniques, et les phosphocalciques pour ces dernières et la bioactivité. Très souvent, le polymère est le polyméthacrylate de méthyle et l'amidon, celui issu du maïs. La majorité des études les concernent. Celle-ci porte donc sur des formulations classiques mais à base de 2-hydroxyéthylméthacrylate, incorporant un amidon de waxy-maïs, maïs, amylomaïs, blé, pois ou pomme de terre, avec ou sans enzyme (α-amylase). L’HEMA apporte sa capacité à s’hydrater et les amidons à se dégrader. Temps et température maximale de prise ont été étudiés en fonction de la formulation, de même, le taux d'hydratation du ciment et sa perte de masse en fonction du temps d'immersion dans un fluide biologique. Les propriétés mécaniques ont été approchées à travers des essais de traction et de compression. La radio-opacité a été prise en compte. Paramètres de prise et taux d'hydratation (d'où un gonflement in situ favorable au comblement d'une lacune) se sont révélés peu influencés par l’origine botanique de l'amidon ou la présence de l'enzyme, contrairement à la dégradabilité. Le gonflement, néfaste si trop important, a été contrôlé grâce à une pré-saturation en eau, la perte des propriétés mécaniques après immersion en découlant l'étant par ajout de plâtre. Le dioxyde de zirconium s’est révélé le radio-opacifiant le plus approprié. L’ensemble des résultats a conduit à formuler deux ciments optimisés en fonction de la dégradabilité recherchée.

Acrylic cements are a current solution to deal with osseous gaps. The incorporation of fillers allows improving the properties, so starch for the degradability, associated with cellulose acetate for the mechanical properties, and calcium phosphates for the latter and the bioactivity. Very often, the polymer is polymethyl methacrylate and the starch is issued from corn. So the majority of the studies concern them. Thus this one concerns classic formulations but with 2-hydroxyethylmethacrylate, incorporating starch from waxy-maïs, corn, amylomais, wheat, pea or potato, with or without enzyme (α - amylase). HEMA brings its capacity to hydrate and starches to degrade. Setting time and maximal temperature were studied according to the formulation, also, the water uptake of the cement and its weight loss according to the immersion time in a biological fluid. The mechanical properties were approached through tensile and compression tests. The radio-opacity was taken into account. Curing parameters and water uptake (leading to in situ swelling favourable to the filling of a gap) were little influenced by the botanical origin of starch or by the presence of enzyme, contrary to the degradability. The swelling, negative if too important, was monitored through a pre-saturation by water and the resulting loss of the mechanical properties after immersion through addition of plaster. The zirconia was the most appropriate radio-opacifier. The results led to formulate two cements optimized according to the desired degradability.