Comme nous l’avons expliqué précédemment, l’un des secteurs verticaux où l’impression 3D de céramiques progresse à grands pas est celui des soins de santé. Il est surprenant de constater que si les implants constituent l’un des principaux cas d’utilisation des céramiques techniques, ils ne bénéficient pas tous de la même attention. Les implants crâniens imprimés en 3D, par exemple, vivent dans l’ombre de leurs homologues dentaires ou orthopédiques. Même si aucun chiffre précis ne justifie cet argument, on tend à remarquer que leur processus de fabrication est souvent mis en évidence par l’utilisation de l’impression 3D de titane ou de PEEK. 3DCeram, fabricant de machines et prestataire de services d’impression 3D de céramiques qui n’a cessé d’explorer de nouvelles applications avec sa technologie d’impression 3D SLA, apporte une nouvelle approche à cette table. Reconnue pour sa capacité à supporter la production de petites séries de substituts osseux (cages intervertébrales et cales d’ostéotomie tibiale), la technologie de 3DCeram peut également être utilisée pour la fabrication d’implants crâniens. Le Dr Joël Brie, chef du service de chirurgie maxillo-faciale au CHU de Limoges, a travaillé avec la société d’impression 3D de céramiques sur des applications squelettiques cranio-faciales aux formes spécifiques. L’article ci-dessous relate une conversation du Dr Joël Brie et Christophe Chaput, CEO de 3DCeram ; une conversation qui met en lumière la manière dont le Dr Brie a pu relever leur principal défi – la reconstruction parfaite de formes complexes dans les implants crâniens – en utilisant la technologie de FA de 3DCeram. La conversation retrace également le parcours qui a conduit Brie et son équipe à utiliser l’impression 3D, ainsi que les pathologies spécifiques au cœur de ce parcours.
Christophe Chaput (CC) : Quand avez-vous commencé à utiliser l’impression 3D de céramiques et quelles sont les différentes phases qui vous ont conduit à cette technologie ?
Joel Brie (JB) : Nous avons commencé en 2005. Pour mettre sur le marché un dispositif médical implantable, il faut passer par plusieurs étapes d’essais cliniques. Il faut d’abord vérifier la faisabilité. Cela signifie qu’il faut valider le procédé et la possibilité de l’utiliser pour corroborer le fait qu’il peut donner de bons résultats. Cela inclut l’étude d’efficacité pour laquelle il faut augmenter le nombre de patients. Une fois que cette étude de faisabilité a été vérifiée, il y a une exigence de marquage CE à respecter.
Pendant que nous obtenions le marquage CE, nous avons mené jusqu’à 24 études de cas. Les résultats ont montré que nous étions en mesure de produire des preuves d’efficacité et de sécurité. Sur les 24 cas, aucun implant crânien n’a été retiré pour cause d’infection ou de complication jusqu’à présent.
CC : Quelles sont les indications qui vous ont conduit à la fabrication d’une prothèse/implant sur mesure ?
JB : Pour moi, les pertes de substance osseuse importantes qui ne peuvent être comblées par l’os du patient constituent l’indication principale. Pour le crâne, il s’agit essentiellement du crâne-plastique, c’est-à-dire une perte de substance osseuse de la voûte crânienne qui sera supérieure à 100 centimètres carrés. On peut dire que jusqu’à 100 centimètres carrés, on peut gérer avec d’autres procédés qui sont de vrais choix acceptables comme la cranioplastie autologue* ou les grilles en titane avec un ciment d’hydroxyapatite. Au-delà de 100 centimètres carrés, la prothèse sur mesure est absolument indispensable. Cela dit, de 25 à 100 centimètres carrés, on peut soit utiliser la prothèse sur mesure, soit d’autres systèmes. Mais la prothèse sur mesure est la meilleure, elle donne de meilleurs résultats.
[*La cranioplastie autologue signifie que l’os prélevé lors de la craniectomie a été préservé pour une implantation future].
CC : Quelles sont les pathologies qui conduisent à ce type de chirurgie ?
JB : La plus fréquente, c’est les lambeaux compressifs qui ne se remettent pas en place. C’est un traumatisme crânien avec l’augmentation de la pression intracrânienne qui provoque un œdème cérébral qui se développe après le traumatisme. Pour sauver le patient, il est nécessaire d’enlever la voûte crânienne ou d’enlever jusqu’à l’hémi-crâne. Les lambeaux de décompression peuvent être très importants ; ils sont déposés à la banque de tissus et conservés dans l’idée d’être implantés lorsque l’œdème aura disparu.
CC : Combien de temps cela peut-il prendre ?
JB : Peut-être plusieurs mois. Une fois le cerveau remis à sa place, nous essaierons de remettre les lambeaux en place. Le problème est qu’à la banque de tissus, le lambeau pourrait éventuellement être contaminé lors de la manipulation pour le stocker. Des échantillons sont prélevés avant de replacer la voûte du crâne et il arrive que le liquide dans lequel il a été stocké soit contaminé, auquel cas il ne peut pas être utilisé.
CC : Quels sont les avantages de la céramique par rapport aux autres matériaux disponibles aujourd’hui pour les implants crâniens ?
JB : Il existe aujourd’hui trois grandes familles de biomatériaux : la première génération, la deuxième génération et la troisième génération.
Pour faire simple, la première génération de biomatériaux est une gamme de matériaux bio-inertes. Cela signifie que l’organisme les accepte, mais sans interaction entre le matériau et l’organisme, il n’y a pas d’ostéointégration. La deuxième génération de matériaux interagira avec l’environnement vivant. Par exemple, l’ostéo-induction est une propriété des implants de deuxième génération. Cela signifie que nous sommes capables d’induire une fabrication osseuse par interaction avec l’organisme. C’est la caractéristique du phosphate de calcium et de tous les matériaux composés de calcium et de phosphate, comme l’hydroxyapatite, le phosphate tricalcique, le biphasique, etc. Ce sont là quelques exemples de matériaux de deuxième génération.
Ainsi, si nous créons des pièces poreuses, il y aura une colonisation de l’implant par le tissu osseux. Avec les matériaux polymères, il n’y a pas de colonisation de l’implant. L’implant est massif, il est placé et il est fermement fixé à l’os, mais il n’y a pas de bio-intégration de l’implant en tant que tel. Dans ce cas, il y a un risque plus important de rejet, d’infections qui sont beaucoup plus importantes parce que l’implant est fixé de manière rigide avec des plaques un peu épaisses, et il ne sera jamais considéré comme un élément du corps. Il ne sera jamais véritablement bio-intégré.
Les premières cranioplasties ont été réalisées avec du ciment de polyméthacrylate de méthyle. C’est le ciment qui est utilisé pour sceller les prothèses de hanche en orthopédie avec un taux d’échec atteignant 20%, en raison de problèmes infectieux.
CC : Avec les implants imprimés en 3D produits par la technologie de 3DCeram, avez-vous eu des cas de rejet ?
JB : Aucun. L’implant que nous utilisions a une structure assez particulière. Comme on sait très bien que la colonisation d’un implant est limitée, elle ne va pas jusqu’au fond. Si l’implant est très massif, la colonisation par le tissu osseux se fera sur le premier centimètre, mais pas au-delà. C’est dans cette optique que nous avons décidé d’avoir une partie poreuse en périphérie, afin de faire le lien avec le tissu osseux vivant. C’est ce que l’on voit entre les trous de fixation. Cette prothèse est parfaite car il y a une partie dense au milieu, avec une porosité de surface suffisamment importante pour que les tissus mous puissent s’attacher à la prothèse. Ces parties denses qui se trouvent à la périphérie étaient l’emplacement des trous de fixation de la prothèse et entre les trous de fixation il y a une zone poreuse. En fait, notre étude a révélé qu’après un an, 75 % de la périphérie était délimitée. On pouvait clairement voir la fusion entre le tissu osseux environnant et la prothèse.
Il y a une fixation primaire qui a été faite avec des sutures résorbables et la fixation secondaire de l’implant est le résultat de cette ostéointégration. Ces fixations ont permis la création de ponts osseux qui ont facilité l’intégration de l’implant et sa stabilité.
Avec un implant en polymère, en revanche, il n’y a pas de liaison os/implant, mais une membrane qui se forme entre les deux. La stabilité est uniquement due au système de fixation, aux plaques et aux vis qui maintiennent l’implant en place, et il peut donc y avoir des micro-mouvements. Ces micro-mouvements à l’interface entre les implants et l’os natif peuvent provoquer des rejets.
La reconstruction du crâne n’a pas qu’une fonction cosmétique ou protectrice. Elle améliore également le fonctionnement du cerveau. Le bon implant imprimé en 3D pourrait donc contribuer à ce processus.
CC : Quels seraient les résultats avec des implants en titane ?
Eh bien, nous ne pourrions pas obtenir les parties fines que nous obtenons avec la céramique sur la partie externe de l’implant avec le titane. Les plaques en titane (fabriquées selon un processus conventionnel) ont une épaisseur de 2 mm, de sorte que l’on peut sentir les vis à travers la peau du front, ce qui n’est pas idéal pour le patient. De plus, certains ions de titane peuvent être libérés à la périphérie, provoquant une réaction inflammatoire autour de l’implant.
En revanche, avec les implants crâniens en céramique, nous avons mis en place des sutures résorbables, qui passaient par un trou, de sorte qu’il n’y avait pas de perception de matériau. C’est pourquoi le résultat était proche de la perfection. Les parties fines facilitent l’ostéointégration et le matériau de fixation n’est pas du tout perceptible. C’est le continuum idéal entre l’implant et l’os.
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