Contribution à l'optimisation de la synthèse d'hydroxyapatite substituée en magnésium et de ses propriétés mécaniques pour l'application aux implants osseux.

Contribution to the optimization of the synthesis of magnesium doped hydroxyapatite for application to bone implants.

Contribuții la sinteza de hidroxiapatită dopată cu magneziu și cercetări asupra proprietăților mecanice în vederea utilizării ei în implanturi osoase

• Auteur / Autrice : Teodora Ioanovici
• Direction : Liviu Bereteu, Philippe Hivart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 23/03/2012
• Etablissement(s) : Artois en cotutelle avec Universitatea Politehnica (Timisoara, Roumanie)
• Ecole(s) doctorale(s) : ED Sciences pour l'ingénieur (n°72)
• Jury : Président / Présidente : Ileana Constanta Rosca
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Liviu Bereteu, Philippe Hivart, Ileana Constanta Rosca, Ioan Vida-Simiti, Pascal Vantomme, Aurel Raduta, Inocentiu Maniu, Francine Monchau-Godbille
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ioan Vida-Simiti, Pascal Vantomme

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Synthèse (chimie)

Hydroxyapatite

Substituts osseux

Mots clés libres

Implant

Biocéramique

Substitut osseux

Dopage

Hydroxyapatite nanocristalline

Magnésium

Synthèse par précipitation aqueuse

Implant

Bioceramic

Bone substitute

Doping

Nanocristalline hydroxyapatite

Magnesium

Aqueous precipitation synthesis

Résumé

Pour le comblement d'une perte de tissu, la greffe reste une méthode usitée en chirurgie osseuse mais une lacune importante conduit à l'emploi de matériaux artificiels. Alternative aux implants métalliques, les substituts osseux biocéramiques ont une efficacité insuffisante dans de nombreuses indications : problème d'intégration d'un volume important, résistance inadéquate à long terme, faible bioréactivité. Doper ces biocéramiques est une voie intéressante mais nombre de dopants ont abouti à des effets cytotoxiques voire à la dégradation des propriétés mécaniques. Le magnésium a été étudié comme dopant de l'hydroxyapatite pour des faibles teneurs, apportant des améliorations sans affecter la biocompatibilité. Cependant, les fortes teneurs et l'optimisation de la synthèse d'une biocéramique dopée ont été peu étudiées. Nous avons étudié et optimisé la synthèse d’hydroxyapatite par la méthode de précipitation aqueuse pour un dopage au magnésium de 1, 2, 5 et 10 % en masse. Caractérisations physicochimiques (DRX, MEB, densité), biologiques (cytotoxicité) et mécaniques (microdureté, élasticité) ont été menées (poudres ou pastilles frittées ou non). Nous avons montré l'apparition de TCP à partir de 2 % Mg, la densité des échantillons diminuant quand la teneur croît. Le dopage accroît la microdureté et le module d’Young. Aucune cytotoxicité n'a été révélée mais une importante baisse d’activité cellulaire a été remarquée pour 10 % de magnésium. Une légère augmentation a été observée pour 1 %. L'aptitude à la mise en forme a été appréciée via le coulage d'une réplique d'un implant intervertébral. Le dopage d'HA à 1 % Mg s'avère être à tout point de vue le compromis optimal.

For the filling of a loss of tissue, the graft is a current process in bone surgery, but a significant deficiency leads to the use of artificial materials. Alternative to metallic implants, bone substitutes bioceramics have insufficient efficacy in many indications: problem of integrating a large volume, inadequate long-term resistance, low bioreactivity. Doping these bioceramics is an interesting way but many of dopants have conducted to cytotoxic effects or to the degradation of mechanical properties. Magnesium has been studied as a dopant of hydroxyapatite for low contents, improving thebioceramic without affecting its biocompatibility. However, high contents and the optimization of the synthesis of such a doped bioceramic have been little studied. We investigated and optimized the synthesis of hydroxyapatite by the aqueousprecipitation process for magnesium doping of 1, 2, 5 and 10 wt%. Physico-chemical (XRD, SEM, density), biological (cytotoxicity) and mechanical (microhardness, elasticity) characterizations were conducted (on powders or pellets sintered or not). We have shown the occurrence of TCP from 2% Mg, the density of samples decreasing when the content grows. The doping increases the microhardness and the Young’s modulus. No cytotoxicity was revealed but a significant decrease in cellular activity was noted for 10% magnesium. A slight increase was observed for 1%. The ability to form an implant was assessed via the slip casting of a replica of an intervertebral implant. Doping HA to 1% Mg was found to be at any point of view the optimum composition.