Elaboration, Characterization, and Study of the Properties of Functionalized Self-Setting Calcium Carbonate Composites for Medical Applications

Elaboration, caractérisation et étude des propriétés de ciments composites fonctionnalisés pour des applications médicales Dans le domaine de la réparation osseuse, on s'intéresse de plus en plus aux matériaux injectables et autodurcissants pouvant être implantés par une chirurgie peu invasive. Dans ce contexte, les ciments à base de carbonate de calcium ont été proposés comme des ciments osseux hautement résorbables par rapport aux ciments phosphocalciques largement étudiés et développés. Par ailleurs, l'association de ciments osseux avec des polysaccharides a été suggérée comme une stratégie prometteuse pour ajuster leurs propriétés physicochimiques, mécaniques, biologiques et de mise en oeuvre. Dans ce but, nous avons préparé et caractérisé des ciments composites à base de carbonates de calcium et de chitosane natif ou chimiquement modifié en vue d’améliorer et contrôler le temps de prise et l’injectabilité de la pâte, sa cohésion ainsi que les propriétés mécaniques du ciment afin de répondre aux exigences cliniques. Des poudres de carbonate de calcium (vatérite et carbonate de calcium amorphe) ont été synthétisées par double décomposition en solution aqueuse, puis mélangées et enfin associées avec une phase liquide à base de chitosane natif (faible Mw, DDA: 75-85%) solubilisé dans l’acide acétique ou d’hydrogel de chitosane phosphorylé synthétisé. La composition, la microstructure, le comportement de prise, l'injectabilité et les propriétés mécaniques des ciments composites élaborés ont été caractérisés en utilisant des techniques complémentaires (Diffraction des rayons X, spectroscopie FTIR, microscopie électronique à balayage, mesures du temps de prise, injectabilité, résistance à la compression et mesures de la porosité). Les analyses quantitatives montrent qu’après la prise, les ciments associés au chitosane natif sont principalement composés d'aragonite, tandis que la vatérite est le principal constituant de ceux associés au chitosane phosphorylé ; elles ont permis d’établir les mécanismes impliqués dans la prise de ces différents ciments composites. Les formulations contenant 3,5% m/m de chitosane natif ou 2,5 % m/m de chitosane phosphorylé ont montré un bon compromis entre une bonne injectabilité (85% à 95% respectivement) et bonne cohésion de la pâte, un temps de prise réduit (45 min et 17 min respectivement) et une résistance à la compression et ductilité améliorées par rapport à celles du ciment de référence et, dans tous les cas, suffisantes pour des applications en site non porteur. L'évolution in vitro des ciments composites dans une solution simulant le plasma sanguin a révélé la formation de sphérulites d'apatite à la surface des ciments composites développés, démontrant leur bioactivité et l’intérêt d’évaluer dans le futur leurs propriétés biologiques in vitro et in vivo.