La possibilité d'augmenter la cohésion entre le tissu osseux et un implant métallique grâce à des recouvrements par une couche de phosphates de calcium, [en particulier d'hydroxyapatite (Ca10 (PO4)6(OH)2 - HA) ou ses dérivés] a été démontrée au Laboratoire Interaction Laser-Surface-Plasma (LILSP) de l'Institut National de Recherche et Développement pour la Physique des Lasers, Plasma et Radiation (INFLPR) de Magurele. Les techniques couramment utilisées pour ces dépôts (comme les torches à plasma) induisent souvent des contraintes résiduelles à l'interface métal/hydroxyapatite, en même temps que des non-uniformités structurales et une mauvaise adhérence, des facteurs qui sont à l'origine de la délamination du dépôt céramique. Cette décohésion est souvent à l'origine du descellement de l'implant nécessitant son retrait.
Les travaux de l'équipe LILSP ont permit de réaliser des couches d'hydroxyapatite sur du titane avec une diminution des contraintes résiduelles dans la couche de céramique. Le support métallique permet dans ce cas de maintenir la rigidité mécanique tandis que l'hydroxyapatite favorise la biointégration dans le tissu osseux. La technique de PLD (déposition laser pulsée, en anglais PLD-Pulsed Laser Deposition) a permis de contrôler la morphologie, l'épaisseur, la cristallinité et la composition chimique des couches minces de phosphates de calcium synthétisées. Les couches minces obtenues sont uniformes avec des épaisseurs de quelques centaines de nanomètres. Le contrôle de l'épaisseur est rigoureux car la quantité de matériau déposé est proportionnelle au nombre de pulses appliqués (10-2 - 10-1 A/pulse). La réussite des dépôts dépend de quelques paramètres clés comme: la densité de l'énergie (fluence), la température du substrat, la pression dans la chambre de réaction et la distance cible - substrat. En utilisant plusieurs cibles, on a pu facilement obtenir des structures multicouches.
La technique de MAPLE (évaporation laser pulsée assistée par une matrice, en anglais MAPLE-Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation) a été récemment proposée pour surmonter l'impossibilité de transférer des substances organiques ou polymériques par le PLD puisqu'il induit un endommagement irréversiblement des molécules à cause du faisceau laser et l'interaction avec le plasma. Un succès récent du LILSP a été la synthèse des couches minces de protéines impliquées dans l'adhérence des cellules osseuses (fibronectine, vitronectine).
L'objectif principal visé était d'obtenir une structure biomimétique bicouche (HA/protéines) pour des implants orthopédiques. Grâce à la collaboration que nous avons avec l'IS2M de Mulhouse, des cellules humaines ostéoprogénitrices ont été cultivées sur les structures biomimétiques obtenues. Nous avons pu observer l'effet bénéfique des couches minces de protéines sur l'adhérence cellulaire par microscopie de fluorescence après un marquage spécifique des cellules avec des marqueurs de l'actine (cytosquelette cellulaire) et de la vinculine (points d'attachement cellulaire).
- Prof. Dr. Ion N. MIHAILESCU - National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics, Lasers Department, Laser-Surface-Plasma Interactions Laboratory - e-mail: ion.mihailescu@inflpr.ro - Références: http://lspi.inflpr.ro
1. "Biofunctional alendronate-Hydroxyapatite thin films deposited by Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation", Adriana Bigi, Elisa Boanini, Chiara Capuccini, Milena Fini, Ion N. Mihailescu, Carmen Ristoscu, Felix Sima, Paola Torricelli, Biomaterials, 30(31) 6168-6177 (2009) 2. Strontium-substituted hydroxyapatite coatings synthesized by pulsed laser deposition: in vitro osteoblast and osteoclast response, C. Capuccini, P. Torricelli, F. Sima, E. Boanini, C. Ristoscu, B. Bracci, G. Socol,M. Fini, I.N. Mihailescu, A. Bigi, Acta Biomaterialia 4, 1885-1893 (2008) 3. "Study of the gradual interface between hydroxyapatite thin films PLD grown onto Ti-controlled sublayers", S. Grigorescu, A. Carradò, C. Ulhaq, J. Faerber, C. Ristoscu, G. Dorcioman, E. Axente, J. Werckmann, I. N. Mihailescu, Applied Surface Science, 254(4), 1150-1154 (2007)