DÉFI DU CLIENT
Les ciments osseux jouent un rôle essentiel dans le renforcement vertébral. Au cours de cette intervention chirurgicale mini-invasive, les chirurgiens injectent un agent de liaison dans les sites de fracture de la colonne vertébrale afin de soulager la douleur, d’améliorer la stabilité de la colonne vertébrale et, dans certains cas, de restaurer la hauteur. Avec l’augmentation des fractures liées à l’ostéoporose chez une population de plus en plus âgée, la demande mondiale de ciments osseux n’a jamais été aussi élevée.
Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) est actuellement le principal composé pour la fabrication de ciments osseux pour le renforcement vertébral. Polymère bio-inerte sous forme solide, le PMMA est injecté sous forme de poudre avec un fluide monomère lors d’une chirurgie pour le renforcement vertébral. Une fois durci, ce mélange devient un solide à haute résistance mécanique.
Ces dernières années, des inquiétudes ont surgi concernant les performances des ciments osseux à base de PMMA pour le renforcement vertébral. Les ciments PMMA sont très rigides, peut-être trop rigides, et ont été associés à des fractures vertébrales adjacentes chez les patients. De plus, certains des composants fluides utilisés pour le durcissement sont toxiques et le processus de durcissement produit des températures élevées, qui peuvent endommager les tissus environnants. Le phosphate de calcium (CaP) a été exploré comme matériau alternatif, en raison de sa non-toxicité et de sa réabsorption naturelle dans le corps. CaP est un matériau fragile et peut, cependant, se briser lorsqu’il est exposé aux forces de flexion et de cisaillement naturellement exercées sur la colonne vertébrale.
Aucune des deux formulations n’est satisfaisante pour l’équipe Applied Materials Science (Science appliquée des matériaux) de l’Université d’Uppsala à Uppsala, en Suède, qui fait partie du département des sciences de l’ingénieur de l’université. L’équipe de 20 personnes gère une variété d’études sur les biomatériaux et concentre actuellement une partie de ses efforts sur la recherche liée aux ciments osseux.
« Notre objectif de recherche ultime est d’identifier de nouveaux types de ciment qui offrent la résistance du PMMA et la non-toxicité du phosphate de calcium, mais sans les défauts des deux », a déclaré la Dre Cecilia Persson, cheffe de projet et superviseuse des étudiants de l’équipe des Sciences appliquées des matériaux de l’Université d’Uppsala. « Les mouvements de la colonne vertébrale sont difficiles à reproduire en laboratoire d’essai, et notre principal défi est le réalisme. Nous évaluons actuellement des ciments principalement sous compression quasi-statique, mais nous souhaitons également caractériser les performances d’une formulation sur le long terme. »
SOLUTIONS MTS
Pour soutenir ses efforts de recherche sur le ciment osseux, l’Université d’Uppsala s’est associée à MTS Systems Corporation pour intégrer un système d’essai de table servohydraulique axial MTS Bionix® modèle 858 au laboratoire d’essai d’Applied Materials Science.
« J’ai utilisé l’équipement d’essai MTS plus tôt dans ma carrière et je l’ai trouvé précis et fiable. Je l’ai donc considéré comme une option valable pour l’Université d’Uppsala », a déclaré Persson. « Nous savions que plusieurs millions de cycles seraient nécessaires pour évaluer en profondeur toute formulation viable, la fiabilité et la répétabilité du système d’essai ont donc été essentielles dans notre décision d’opter pour MTS. Nous sommes satisfaits à la fois de la fiabilité de notre système d’essai et du niveau de support technique que nous recevons de MTS. »
Le système MTS Bionix permet d’effectuer des essais axiaux statiques et dynamiques à des charges allant jusqu’à 25 kN. La solution comprend également des contrôleurs MTS FlexTest®, un groupe hydraulique MTS SilentFlo™ et le logiciel MTS MultiPurpose TestWare®.
Combinée à un système de simulation environnementale Bionix EnviroBath de MTS, la solution Bionix de MTS permet à l’équipe Applied Materials Science d’appliquer simultanément des charges sur un ciment osseux dans un bain salin maintenu à une température constante du corps humain. Le résultat final est une simulation précise des forces et des conditions que tout ciment doit finalement subir chez un patient, longtemps après la fin de la chirurgie de renforcement vertébral.
« Le système MTS permet d’évaluer les propriétés du ciment au fil du temps, en simulant les charges auxquelles une personne est soumise sur une période de plusieurs années », a déclaré Persson. « Le système MTS permettra également des essais plus élaborés à l’avenir, car il est très flexible. »
AVANTAGES CLIENTS
Selon Persson, la solution d’essai MTS Bionix permet à son équipe de passer plus de temps à se concentrer sur de nouvelles formulations et moins de temps à se soucier des performances du système d’essai ou de la validité des données d’essai.
« Nous sommes convaincus que nous obtenons un aperçu précis de la façon dont un ciment osseux se comportera réellement chez une personne réelle vivant une vie active », a-t-elle déclaré. « Notre configuration d’essai est également assez flexible, nous avons donc la liberté de faire preuve de créativité et d’explorer les possibilités dans plusieurs directions. Nous avons fait des progrès considérables au cours des derniers mois, et le matériel, les logiciels et le support de MTS ont joué un rôle important dans nos réalisations. »
Persson admet que même si son équipe a encore beaucoup de travail à faire pour trouver le prochain ciment osseux de renforcement vertébral, elle se sent bien placée pour atteindre cet objectif.
« Il y a beaucoup de terrain à couvrir du point de vue de la recherche », a déclaré Persson. « Cependant, nous nous rapprochons chaque jour d’une solution viable, et je pense que nous avons les ressources, la technologie et l’expertise nécessaires pour y arriver aussi rapidement et efficacement que possible. »
