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L'encapsulation "active" les biomatériaux

Michel le Toullec

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- La microencapsulation permettra de donner aux matériaux des fonctions cicatrisante, antirejet, antidouleur, anti-infection...

En termes de biomatériaux, la tendance est clairement au développement de solutions actives, c'est-à-dire capables de répondre à une sollicitation extérieure et d'apporter une fonction supplémentaire aux matériaux. La microencapsulation apparaît aujourd'hui comme une option de choix pour fixer tout type de principe actif au sein ou à la surface d'une prothèse ou d'un textile médical et en assurer la libération contrôlée dans le temps.

Lors du colloque sur l'encapsulation, organisé par le Carma, Centre d'animation régional en matériaux avancés, et par IB-Sud, réseau méditerranéen de l'ingénierie biomédicale, Mickaël Devassine, responsable R&D de Catalyse (Marseille, Bouches-du-Rhône) rappelait les principes de cette approche : « La microencapsulation fait intervenir deux types de particules : les microcapsules et les microsphères. Dans le premier cas, la substance active est contenue dans une membrane polymère. Dans le second, elle est dispersée dans la matrice polymère. »

Des applications en développement

Les techniques d'encapsulation sont multiples. Elles peuvent être mécaniques : elles vont alors de l'utilisation de fluide supercritique ou de lit d'air fluidisé à la congélation ou la gélification de gouttes en passant par la nébulisation. Des méthodes physico-chimiques sont également utilisées, comme la coacervation (séparation d'une solution en deux phases), la gélification thermique et l'extraction de solvants. D'autres enfin, emploient des procédés chimiques, principalement la polymérisation et la polycondensation interfaciale.

Pour les applications biomédicales, les polymères d'encapsulation peuvent être cellulosiques, mais surtout de synthèse comme les copolymères acryliques, les polyoéfines, les vinyliques... Les microcapsules ou microsphères ainsi obtenues doivent alors être intégrées au matériau de l'application finale, qu'il s'agisse d'une prothèse ou de fibres d'un textile médical. La technique la plus pratiquée consiste à les "noyer" dans la matrice du matériau : c'est le principe d'inclusion qui garantit une liaison très durable entre le principe actif encapsulé et la matrice.

Deux autres approches visent à immobiliser les microcapsules ou les microsphères à la surface du substrat : l'enduction et le greffage. Plus faciles à mettre en oeuvre, ces méthodes donnent en revanche un produit final moins durable (notamment au lavage).

«En ce qui concerne la libération du principe actif, il existe deux principes majeurs, reprend Mickaël Devassine. La libération peut être déclenchée par une contrainte physique comme la température ou la pression, par une contrainte biologique comme l'action d'une enzyme ou par une contrainte chimique comme la dissolution. Par ailleurs, la libération du principe actif peut être contrôlée par la dégradation du polymère ou encore par diffusion passive au travers des pores de la matrice. »

Si le principe de la microencapsulation est acquis, ses applications dans le domaine des biomatériaux sont encore pour la plupart en phase de développement. En France, l'une des entreprises les plus avancées sur ce sujet est AB7 Industries, qui applique son procédé d'encapsulation par inclusion à des produits moulés par injection et à des textiles biomédicaux (voir encadré ci-contre).

Autre exemple, à l'Institut Charles Sadron (Strasbourg), laboratoire propre du CNRS spécialisé en sciences des polymères, les travaux portent sur de futurs textiles intelligents pour le médical. « Nous avons pour objectif de réaliser une prothèse vasculaire en fixant sur un textile des particules contenant des principes actifs du type anticoagulant, antirejet ou anti-infectieux », explique Yves Frère, chargé de recherche à l'institut.

Pour ce projet, les chercheurs avaient comme première contrainte de synthétiser des particules à partir de polymères hémocompatibles et/ou biorésorbables. Ils se sont alors inspirés de matériaux commerciaux comme le Biomer et le Tecoflex utilisés pour la production de cathéters ou de poches à sang. « Nous avons ainsi réalisé des capsules en poly(éther-uréthanne urée) et en poly(éther-uréthanne) dans un procédé utilisant du CO2 liquide ou supercritique », précise Yves Frère. Cette méthode donne des particules ne présentant pas de trace de solvant organique résiduel, une autre contrainte du projet. L'équipe a par ailleurs travaillé sur la modification de la surface des particules afin d'y faire apparaître des fonctions réactives pour permettre le greffage par liaisons covalentes sur des fibres textiles. « Actuellement, nous cherchons à mettre au point des capsules rechargeables pour une utilisation dans la durée », conclut le chercheur.

Une prothèse de disque intervertébral

D'autres travaux portent sur la fonctionnalisation d'implants médicaux ou de prothèses. Un nouveau type d'implant bioactif est, par exemple, développé au CRPP, Centre de recherche Paul Pascal (Pessac, Gironde), en partenariat avec Hexabio, fournisseur de matériaux et de prothèses pour la chirurgie de la main, du pied et de la colonne vertébrale. « Nous travaillons sur l'encapsulation de principes actifs dans des films polymères destinés à revêtir des implants », explique Anne-Sophie Wunenburger du CRPP. L'objectif d'Hexabio est de réaliser une prothèse de disque intervertébral comme nouveau traitement des hernies discales. Dans ce cas, le principe actif est constitué d'extraits végétaux connus pour leurs propriétés cicatrisantes. « Ces extraits bioactifs diffuseront vers les cellules du disque intervertébral, favoriseront la reconstruction osseuse autour de l'implant, et assureront son intégration optimale », précise la chercheuse. Ces substances sont encapsulées dans un film polymère (à base d'alcool polyvinylique) biodégradable. Ce film est ensuite déposé à la surface de la prothèse, elle-même en polyuréthanne biocompatible, biostable et à hautes performances mécaniques. L'équipe du CRPP tente d'augmenter le temps de rétention du principe actif dans le film polymère.

De son côté, la société Ionisos (Dagneux, Ain) propose son savoir-faire dans le domaine de l'ionisation par électrons accélérés et rayons gamma pour la réalisation d'implants médicaux bioactifs. Sa technologie pourrait, par exemple, s'appliquer à la production d'implants en hydrogel dont la structure retiendrait un principe actif. « Le procédé consiste à utiliser un polymère soluble en milieux aqueux et d'y mettre en suspension un principe actif », explique Sophie Diouf, chez Ionisos. L'ionisation entraîne la réticulation du polymère et la formation d'un réseau tridimensionnel. Le taux de réticulation conditionne le comportement mécanique de l'hydrogel mais a également une influence sur la vitesse de libération par diffusion du principe actif. Des chercheurs polonais de l'université de Lodz ont ainsi développé un disque spinal artificiel en hydrogel à base d'alcool polyvinylique.

EN BREF

le principe La microencapsulation consiste à retenir dans des capsules ou des sphères des substances actives. Les matériaux qui en sont dotés relargueront progressivement ces substances. Les promesses Cette technologie permettra notamment... - D'améliorer l'intégration de prothèses osseuses ; - D'éviter les problèmes de rejet ou de coagulation de prothèses vasculaires ; - De diffuser des actifs antidouleur au contact de la peau ; - De fonctionnaliser les textiles à usage médical.

DEUX TYPES DE PARTICULES, TROIS TECHNOLOGIES

La microencapsulation : deux types de particules et trois modes de mises en oeuvre.

AB7 INDUSTRIES PIONNIER DES POLYMÈRES ACTIFS

- AB7 Industries (Deyme, Haute-Garonne) se présente comme spécialiste des technologies d'"emmagasinage" de principes actifs dans des polymères. L'entreprise dispose d'équipements lui permettant non seulement de produire des microcapsules et des microsphères contenant des substances actives, mais aussi de fabriquer par injection ou par extrusion des pièces plastiques contenant de telles microparticules.

es microcapsules dans des mailles de textiles L'entreprise exploite déjà sa technologie pour la fabrication de produits vétérinaires, comme des plaquettes contenant des actifs antiparasitaires. « Dans le domaine biomédical, nous travaillons sur des plaquettes portant des principes actifs antidouleur », explique René Chelle, PDG de l'entreprise. Il s'agit de pièces moulées - en PVC notamment - qui incluent dans leur matrice des microcapsules contenant des huiles essentielles. Ces principes actifs migrent depuis la matrice vers la couche lipidique de la peau et sont alors libérés par lipophilie. De telles plaquettes antidouleur peuvent s'appliquer au niveau des lombaires, des genoux... AB7 Industries travaille par ailleurs sur des microcapsules à fixer dans les mailles de textiles, mais aussi sur l'incorporation d'actifs à des fibres actives. « De tels textiles pourraient contenir des principes activant la circulation sanguine ou déboucher sous forme d'orthèses », assure René Chelle.

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