La biocompatibilité est liée au comportement des biomatériaux dans divers environnements sous diverses conditions chimiques et physiques. Le terme peut faire référence à des propriétés spécifiques d’un matériau sans spécifier où ou comment le matériau doit être utilisé. Par exemple, un matériau peut susciter peu ou pas de réponse immunitaire dans un organisme donné, et peut ou non être capable de s’intégrer à un type de cellule ou de tissu particulier. Les biomatériaux immuno-informés qui orientent la réponse immunitaire plutôt que de tenter de contourner le processus sont une approche prometteuse. L’ambiguïté du terme reflète le développement continu des connaissances sur « la manière dont les biomatériaux interagissent avec le corps humain » et finalement « la manière dont ces interactions déterminent le succès clinique d’un dispositif médical (tel qu’un stimulateur cardiaque ou une prothèse de hanche) ». Les dispositifs médicaux et les prothèses modernes sont souvent constitués de plusieurs matériaux, de sorte qu’il n’est pas toujours suffisant de parler de la biocompatibilité d’un matériau spécifique. L’implantation chirurgicale d’un biomatériau dans le corps déclenche une réaction inflammatoire de l’organisme et la cicatrisation des tissus endommagés. Selon la composition du matériau implanté, la surface de l’implant, le mécanisme de fatigue et la décomposition chimique, plusieurs autres réactions sont possibles. Elles peuvent être aussi bien locales que systémiques. Il s’agit notamment d’une réaction immunitaire, d’une réaction à un corps étranger avec l’isolation de l’implant avec un tissu conjonctif vasculaire, d’une éventuelle infection et d’un impact sur la durée de vie de l’implant. La réaction du greffon contre l’hôte est une maladie auto- et allo-immune, dont l’évolution clinique est variable. Elle peut se manifester sous une forme aiguë ou chronique, affectant de multiples organes et tissus et entraînant de graves complications dans la pratique clinique, tant lors de la transplantation que de la mise en œuvre de matériaux biocompatibles.
Plastiques biocompatiblesEdit
Certains des matériaux biocompatibles (ou biomatériaux) les plus utilisés sont des polymères en raison de leur flexibilité inhérente et de leurs propriétés mécaniques accordables. Les dispositifs médicaux en plastique sont souvent fabriqués à partir de quelques matériaux sélectionnés, notamment : le copolymère d’oléfine cyclique (COC), le polycarbonate (PC), le polyétherimide (PEI), le polychlorure de vinyle (PVC) de qualité médicale, le polyéthersulfone (PES), le polyéthylène (PE), le polyétheréthercétone (PEEK) et même le polypropylène (PP). Pour garantir la biocompatibilité, il existe une série de tests réglementés que les matériaux doivent passer pour être certifiés pour l’utilisation. Il s’agit notamment du test de réactivité biologique de la classe IV de la pharmacopée américaine (USP Class IV) et de l’évaluation biologique des dispositifs médicaux de l’Organisation internationale de normalisation 10993 (ISO 10993). L’objectif principal des tests de biocompatibilité est de quantifier la toxicité aiguë et chronique du matériau et de déterminer tout effet indésirable potentiel pendant les conditions d’utilisation, ainsi les tests requis pour un matériau donné dépendent de son utilisation finale (c’est-à-dire le sang, le système nerveux central, etc.).
Propriétés mécaniquesEdit
En plus d’un matériau certifié biocompatible, les biomatériaux doivent être conçus spécifiquement pour leur application cible dans un dispositif médical. Cela est particulièrement important en termes de propriétés mécaniques qui régissent la façon dont un biomatériau donné se comporte. L’un des paramètres les plus importants est le module d’Young, E, qui décrit la réponse élastique d’un matériau aux contraintes. Les modules d’Young du tissu et du dispositif qui lui est couplé doivent correspondre étroitement pour assurer une compatibilité optimale entre le dispositif et le corps, que le dispositif soit implanté ou monté à l’extérieur. Faire correspondre le module d’élasticité permet de limiter le mouvement et la délamination au niveau de la biointerface entre l’implant et le tissu et d’éviter la concentration de contraintes qui peut entraîner une défaillance mécanique. D’autres propriétés importantes sont les résistances à la traction et à la compression, qui quantifient les contraintes maximales qu’un matériau peut supporter avant de se rompre et peuvent être utilisées pour fixer les limites des contraintes auxquelles un dispositif peut être soumis à l’intérieur ou à l’extérieur du corps. Selon l’application, il peut être souhaitable qu’un biomatériau ait une résistance élevée afin qu’il résiste à la rupture lorsqu’il est soumis à une charge, alors que dans d’autres applications, il peut être avantageux que le matériau soit peu résistant. Il existe un équilibre délicat entre la résistance et la rigidité qui détermine le degré de résistance à la rupture du dispositif biomatériau. En général, plus l’élasticité du biomatériau augmente, plus la résistance ultime à la traction diminue et vice versa. Une application pour laquelle un matériau à haute résistance n’est pas souhaitable est celle des sondes neurales ; si un matériau à haute résistance est utilisé dans ces applications, le tissu cédera toujours avant le dispositif (sous une charge appliquée) car le module d’Young de la dure-mère et du tissu cérébral est de l’ordre de 500 Pa. Lorsque cela se produit, des dommages irréversibles au cerveau peuvent se produire, le biomatériau doit donc avoir un module élastique inférieur ou égal au tissu cérébral et une faible résistance à la traction si une charge appliquée est prévue.
Pour les biomatériaux implantés qui peuvent subir des fluctuations de température, par exemple les implants dentaires, la ductilité est importante. Le matériau doit être ductile pour une raison similaire à celle de la résistance à la traction qui ne peut être trop élevée, la ductilité permet au matériau de se plier sans se rompre et empêche également la concentration des contraintes dans le tissu lorsque la température change. La propriété de ténacité du matériau est également importante pour les implants dentaires, ainsi que pour tout autre implant rigide et porteur, tel qu’une prothèse de hanche. La ténacité décrit la capacité du matériau à se déformer sous l’effet d’une contrainte appliquée sans se fracturer et le fait d’avoir une ténacité élevée permet aux implants biomatériaux de durer plus longtemps dans le corps, en particulier lorsqu’ils sont soumis à des contraintes importantes ou à des contraintes sous charge cyclique, comme les contraintes appliquées à une articulation de la hanche pendant la course.
Pour les dispositifs médicaux implantés ou fixés à la peau, une autre propriété importante à prendre en compte est la rigidité en flexion, D. La rigidité à la flexion déterminera dans quelle mesure la surface du dispositif peut maintenir un contact conforme avec la surface du tissu, ce qui est particulièrement important pour les dispositifs qui mesurent le mouvement du tissu (déformation), les signaux électriques (impédance), ou qui sont conçus pour coller à la peau sans se délaminer, comme dans l’électronique épidermique. Comme la rigidité à la flexion dépend de l’épaisseur du matériau, h, à la troisième puissance (h3), il est très important qu’un biomatériau puisse être formé en couches minces dans les applications mentionnées précédemment, où la conformité est primordiale.