Implants en PEEK ou en métal : Avantages et défis

Intégration osseuse avec le PEEK

Matériaux métalliques traditionnels pour les implants de tissus durs

Les matériaux métalliques traditionnels pour les implants de tissus durs, tels que l'acier inoxydable, le titane et leurs alliages, sont largement utilisés dans le domaine de la réparation et du remplacement des tissus durs en raison de leurs excellentes propriétés, notamment une résistance mécanique élevée, une bonne biocompatibilité et une résistance à la fatigue. Cependant, le module d'élasticité de ces matériaux d'implants métalliques traditionnels est bien plus élevé que celui du tissu osseux, ce qui rend difficile la formation d'un gradient raisonnable de résistance. Lorsque les patients sont soumis à des forces externes spécifiques, les organes normaux environnants peuvent être endommagés, ce qui entraîne une défaillance de l'implant.

En outre, les implants métalliques peuvent libérer des ions métalliques nocifs, entraînant la dissolution de l'os ou la formation d'allergènes. En outre, les implants métalliques sont incompatibles avec les technologies d'imagerie couramment utilisées, telles que l'IRM et la tomodensitométrie, ce qui rend difficile le suivi de la croissance et de la cicatrisation osseuses. La structure chimique du plastique technique thermoplastique PEEK lui confère d'excellentes propriétés mécaniques, une bonne biocompatibilité, une résistance chimique, une facilité de traitement et la possibilité d'être stérilisé à plusieurs reprises. Depuis les années 1980, le PEEK attire de plus en plus l'attention des spécialistes des matériaux et des chercheurs en orthopédie, car il pourrait remplacer les matériaux métalliques dans le domaine de la réparation et du remplacement des tissus durs.

Avantages du PEEK par rapport aux implants métalliques

Par rapport aux implants métalliques, le PEEK présente deux avantages significatifs :

Le module d'élasticité : Le module d'élasticité du PEEK est proche de celui de l'os cortical, en particulier le PEEK renforcé par des fibres de carbone, qui correspond davantage au module d'élasticité de l'os cortical. Cette proximité ou cette correspondance du module élastique réduit ou élimine dans une certaine mesure l'effet de protection contre les contraintes, favorisant l'intégration osseuse entre l'implant et le tissu osseux et assurant la stabilité à long terme de l'implant en PEEK.

Compatibilité avec l'imagerie : Le PEEK est radiotransparent et ne crée pas d'artefacts aux rayons X, au scanner ou à l'IRM, ce qui facilite le suivi du processus de croissance et de cicatrisation osseuses. En outre, le PEEK présente une bonne biocompatibilité, une bonne résistance à l'usure, une bonne résistance à la fatigue, une bonne résistance à la corrosion et est plus léger que les matériaux métalliques. Ces avantages font que le PEEK est largement utilisé dans les applications liées aux traumatismes, à la colonne vertébrale et aux articulations.

Par rapport à l'acier inoxydable, aux alliages de titane et aux implants en polyéthylène de très haut poids moléculaire, le PEEK et ses composites présentent une bonne résistance à l'usure, prévenant efficacement l'inflammation et la dissolution de l'os causées par les particules d'usure autour de l'implant. Par conséquent, le polyéther-éther-cétone est considéré comme l'un des matériaux candidats pour remplacer les implants traditionnels dans les applications orthopédiques.

Inconvénients du PEEK dans les implants orthopédiques

Le PEEK a une énergie de surface relativement faible en raison de sa surface hydrophobe, ce qui limite l'adhésion cellulaire. Cette bio-inertie entraîne une mauvaise intégration osseuse entre les implants en PEEK et le tissu osseux hôte, ce qui entraîne des complications telles que le déplacement de l'implant, l'affaissement de la cage ou la pseudarthrose, qui ont donné des résultats insatisfaisants dans les études in vitro et cliniques.

La surface idéale du PEEK doit favoriser l'adhésion cellulaire, la prolifération et la différenciation des ostéoblastes, et promouvoir la minéralisation de la surface de l'implant en PEEK afin d'obtenir une fusion osseuse substantielle.

Pour créer une surface idéale en PEEK, les chercheurs ont développé une série de PEEK et de ses composites par le biais de méthodes telles que le remplissage de céramique bioactive, le renforcement des fibres et la modification de la porosité du PEEK. L'objectif ultime est de créer un matériau d'implant qui maintienne la fonction de vascularisation et de transport des nutriments tout en offrant une résistance mécanique et une résistance à l'usure suffisantes. Cependant, l'équilibre entre tous ces facteurs reste un défi pour la recherche actuelle.