La prothèse de resurfaçage de hanche actuellement utilisée en chirurgie est constituée d'un alliage composé de cobalt, chrome et molybdène. Mais ce métal n'est pas bien toléré par tous les patients, dont certains développent des réactions allergiques ou des infections. Dans certains cas, la prothèse peut même devoir être retirée. A travers le projet Ceramic Bonepreserver, Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS a développé une nouvelle prothèse de resurfaçage en céramique composée d'une coiffe fémorale et d'un cotyle monobloc, qui ont une biocompatibilité plus élevée et pourtant sont tout aussi stables et solides que leurs homologues métalliques.

Les opérations de l'articulation de la hanche sont l'une des procédures les plus courantes dans les hôpitaux allemands. En réalité, selon l'Office fédéral allemand de la statistique, environ 220, 000 articulations artificielles de la hanche sont implantées chaque année, généralement en raison d'accidents et de l'usure généralement subie par les personnes âgées.

Un alliage constitué de cobalt, le chrome et le molybdène est l'un des matériaux les plus couramment utilisés. Cependant, l'abrasion des métaux entraîne souvent des problèmes tels que la métallose, une condition redoutée, avec le patient souffrant finalement d'irritation, réactions allergiques, infections ou même des pseudotumeurs. Les ions métalliques peuvent également être détectés dans le sang et les tissus. Si le pire vient au pire, le patient peut devoir subir une autre opération et faire retirer la prothèse.

Une prothèse de resurfaçage innovante à base de céramique est beaucoup plus biocompatible, car la céramique ne provoque pas de réactions allergiques ou d'infections. La prothèse a été développée par le Fraunhofer IKTS dans le cadre du projet commun Ceramic Bonepreserver, une collaboration avec le fabricant de dispositifs médicaux Mathys Orthopädie GmbH.

Reconstruction préservant l'os pour une meilleure biocompatibilité

En plus d'une haute biocompatibilité, la prothèse de resurfaçage sans métal offre également d'autres avantages. « La prothèse de resurfaçage en céramique permet une reconstruction endoprothétique préservant l'os de l'articulation de la hanche, " explique la chef de projet Martina Johannes de Fraunhofer IKTS sur le site d'Hermsdorf.

Cette prothèse de resurfaçage innovante est une combinaison de coiffe fémorale et de cotyle monobloc. Pendant la chirurgie, la coiffe fémorale est implantée dans le fémur, et son homologue, le cotyle, ancré dans l'os de la hanche. Les surfaces qui seront finalement entourées par l'os sont structurées pour améliorer l'adhérence des cellules osseuses. En revanche, la zone de contact de l'articulation artificielle entre l'acétabulum et l'élément sphérique de la coiffe fémorale est complètement lisse pour permettre un mouvement sans effort et sans couture de la jambe.

Production de céramique ATZ avec des tailles de grains de l'ordre du nanomètre

Fraunhofer IKTS a de nombreuses années d'expérience dans la production et le traitement de matériaux céramiques, y compris le processus de formage utilisé en génie médical, où les exigences en termes de précision et de fiabilité sont particulièrement élevées. L'équipe de Martina Johannes a encore optimisé les étapes du processus pour le projet Ceramic Bonepreserver. Dans la première étape, les matériaux céramiques obtenus - oxyde d'aluminium et dioxyde de zirconium - sont finement dispersés. En utilisant cela comme base, les chercheurs créent une suspension ultrapure. "Les particules doivent être réparties uniformément dans la suspension pour assurer la qualité du produit final, qui doit être entièrement exempt de pores, impuretés ou autres défauts. Les implants médicaux doivent être exempts de défauts, " dit Johannes.

Le cotyle est ensuite formé par le procédé de coulée en barbotine, une méthode qui est courante dans la production de porcelaine traditionnelle et qui a été développée plus avant chez Fraunhofer IKTS. Les produits atteignent leurs propriétés finales pendant le processus de frittage, qui est la dernière étape. "Avec la céramique de dispersion frittée de zircone durcie à l'alumine (ATZ), nous obtenons une structure présentant une granulométrie comprise entre 310 et 320 nanomètres, " dit Johannes. Par comparaison, le marc de café très fin utilisé pour l'espresso a une granulométrie de 250 micromètres, qui est environ 1000 fois plus grand.

Le groupe de travail de Martina Johannes est certifié conformément à la norme EN ISO13485 pour la production et le développement de matériaux et composants d'ingénierie médicale et est ainsi régulièrement soumis à des tests rigoureux.

Résistance exceptionnelle et stabilité à long terme

Qu'en est-il de la résistance et de la stabilité des implants en céramique ? Les chercheurs de Fraunhofer ont mené une série de tests pour déterminer à quel point le matériau est robuste et stable. "Pliant, des tests de pression et de charge ont révélé que les prothèses en céramique sont au moins aussi stables et robustes qu'un produit en métal. Le résultat est des prothèses de resurfaçage qui démontrent une plus longue durée d'utilisation et sont bien tolérées par les personnes, " dit Johannes.

Le projet commun Ceramic Bonepreserver a été achevé en septembre 2020 et soutenu par le Land allemand de Thuringe avec 800, 000 euros. Le projet tombe à point nommé :les experts de la santé prédisent que, à mesure que l'espérance de vie augmente, donc, trop, le nombre d'opérations de l'articulation de la hanche, car la majorité des interventions chirurgicales sont effectuées sur le groupe d'âge des 70 à 80 ans. Les prothèses d'articulation de la hanche en céramique contribuent grandement à garantir que les opérations et le processus de guérison qui s'ensuit sont en grande partie sans douleur et sans complication.