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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieure et de la Recherche Scientifique Département de Génie des Matériaux 1ère année master GM LES NOUVEAUX BIOMATERIAUX Réalisé par :-DJOUABI Ayoub -BELHADJ Abdesselam 2020/2021 Introduction : Chaque nouveau stade d’évolution de l’humanité se caractérise, dans son pan extérieur, par la découverte de nouveaux matériaux. D’abord les hommes maîtrisèrent le feu, le bois et la pierre, puis ils découvrirent les métaux à travers une série d’ères dont nous avons aujourd’hui perdu la mémoire mais qui furent autant d’étapes importantes dans l’histoire de notre espèce : âge de cuivre, âge de bronze, âge de fer… La modernité apporta elle aussi ses propres matériaux : le plastique, le ciment, le goudron, le caoutchouc… Chaque ère apporte ainsi son lot de matériaux caractéristiques, correspondant au niveau de connaissance atteint par l’humanité en cette phase. Les progrès de la connaissance permettent la découverte de nouveaux matériaux qui restructurent l’habitation humaine sur la terre en une nouvelle infrastructure historique. Si chaque nouvelle ère se caractérise par un apport de nouveaux matériaux, la multiplication actuelle des découvertes de matériaux innovants serait-elle le signe annonciateur d’une nouvelle ère en train d’apparaître ? Nous sommes bel et bien engagés dans un processus de transition évolutive entre deux ères, et dans cet entre-deux émergent de nouveaux matériaux qui composeront demain la nouvelle infrastructure des sociétés humaines. La liste de ces nouveaux matériaux aux propriétés étonnantes ne cesse de s’allonger d’année en année : fibre de carbone, graphène, graphane, borophène, pérovskite, germanène, stanène, phosphorène, braeön, silicène… Tous ces matériaux sont le fruit d’un haut niveau de connaissance humaine. Ils forment la matière-même de cette économie de la connaissance qui s’apprête à déployer son potentiel d’évolution exponentielle. Définitions et notions dans les biomatériaux : Les biomatériaux : Sont des matériaux non vivants utilisés dans des dispositifs médicaux destinés à interagir avec les systèmes biologiques. Ils sont utilisés pour soutenir ou remplacer les fonctions de cellules ou de tissus humains. Prothèse : Le terme prothèse désigne le remplacement ou la consolidation d'un membre, d'une partie de membre ou d'un organe par un appareillage approprié mais aussi le dispositif qui est implanté dans l'organisme pour suppléer un organe défaillant ou manquant permettant de restaurer une fonction qui est compromise. Orthèses : Une orthèse est un appareillage qui compense une fonction absente ou déficitaire, assiste une structure articulaire ou musculaire, stabilise un segment corporel pendant une phase de réadaptation ou de repos. Par opposition à la prothèse qui remplace un élément manquant. Implants : Substance ou prothèse introduite dans le corps humain à des fins de traitement ou de remplacement d'un organe (par exemple implant de silicone lors de la reconstruction d'un sein après ablation). L'implant peut être provisoire ou permanent. Biocompatibilité : propriété d’un matériau à agir avec une réponse appropriée de l’hôte dans une application spécifique. Capacité d’un matériau à ne pas induire de réaction de rejet. Absence de réponse immunitaire ou inflammatoire (absence de toxicité). Et présuppose également qu'il ne sera pas endommagé par les fluides corporels ou par les mécanismes de défense de l'organisme la biocompatibilité est donc une condition indispensable pour l'utilisation de biomatériaux. Bio-intégration : Aptitude d’un matériau à être colonisé par les cellules vivantes. Cette aptitude est recherchée dans le cas des prothèses (prothèse de hanche et de genou). Relargage : Tout biomatériau libère des ions par dissolution dans le corps humain. Ce relargage lié à un processus de dissolution augmente avec la corrosion. Si ces ions sont métalliques, ils peuvent former des complexes métallo- organiques capable d’induire des dysfonctionnements cellulaires. Le biomatériau est profondément altérer. Dans le cas d’une prothèse, ce processus peut aboutir à son descellement (arrachement). Certains ions sont connus pour être toxique pour certains organes (comme le Cadmium et le Plomb) Exigences pour les biomatériaux Les propriétés d'un biomatériau doivent être adaptées à sa fonction. Les propriétés recherchées varient Fondamentalement selon qu'il s'agit d'une articulation ou d'un vaisseau artificiels. ➢ Mécaniques : limite élastique, résistance à la traction/compression, allongement à la rupture, striction, résistance à la rupture, limite de fatigue (essai Wohler, essai de propagation des fissures), module d'élasticité. Propriétés mécaniques proche de celles de l’os pour permettre le transfert des contraintes entre l’os et la prothèse (élasticité traduite par le module d’Young adéquate, résistance à l’usure). En effet, la densité de l’os est de l’ordre de 0.8-1.0 g/cm3 et son module d’Young de l’ordre de 20 GPa. Si le module d’Young est trop différent il y aura un mauvais transfert de contraintes entre l’os et la prothèse d’où une résorption de l’os. ➢ Physiques : structure, densité, porosité, propriétés acoustiques, propriétés électriques, propriétés magnétiques, propriétés optiques, dilatation thermique ➢ Chimiques : oxydation, corrosion, résistance à l'usure, résistance à la corrosion, inertie chimique par rapport au milieu (notamment le milieu salivaire pour les implants dentaires), biocompatibilité. Ces propriétés doivent être contrôlées pour conserver l’intégrité du matériau. En effet, le corps humain est un milieu agressif et corrosif du fait des concentrations en ions chlorure dans le plasma sanguin et dans le liquide interstitiel, ce qui est suffisant pour corroder les matériaux métalliques) et en oxygène dissous. Pour les implants dentaires les conditions sont encore plus sévères puisque le milieu salivaire contient plus de produits soufrés qui le rendent plus corrosif. ➢ Biologiques : bio-adhésion, biocompatibilité, bio-corrosion. L’implantation est favorisée par l’amélioration de la reconstitution des tissus (biocompatibilité, ostéo-intégration). Classes des biomatériaux Les révolutions techniques et scientifiques sont étroitement associées au développement de matériaux nouveaux. Les matériaux de base peuvent être classés en six grandes catégories : Les métaux et alliages métalliques, les inorganiques non métalliques, les polymères synthétiques, les composites biomédicaux, les biomatériaux d’origine biologique et les nano-biomatériaux Chaque catégorie de matériaux possède un certain nombre de propriétés spécifiques qui caractérisent leur réponse à l'action des sollicitations auxquelles ils sont soumis. LES CHAMPS D'APPLICATION DES BIOMATÉRIAUX LES CHAMPS D'APPLICATION DES BIOMATÉRIAUX Ophtalmologie Ophtalmologie Odontologie – stomatologie Odontologie – stomatologie Chirurgie orthopédique Chirurgie orthopédique Cardiovasculaire Cardiovasculaire Urologie/ néphrologie Urologie/ néphrologie Endocrinologie-chronothérapie Endocrinologie-chronothérapie Chirurgie esthétique Chirurgie esthétique Chirurgie générale et divers Chirurgie générale et divers Technique de nanotransfection tissulaire Puce TNT en biomateriau (encore en cours de développement) Regeneration du tissu cutanée de la peau bléssée Quelque technologies en cours de développement ➢ Nanotransfection tissulaire (Tissues Nano Transfection TNT) - Les chercheurs ont mis au point un dispositif qui permet de commuter les fonctions cellulaires pour sauver les fonctions corporelles défaillantes d'une simple pression. Cette technologie, connue sous le nom de nanotransfection tissulaire (TNT), injecte le code génétique dans les cellules de la peau, transformant ces cellules en d'autres types de cellules nécessaires au traitement des maladies. "Cela ne prend qu'une fraction de seconde. Il suffit de toucher la puce sur la zone blessée, puis de la retirer", a déclaré Chandan Sen, PhD, directeur du Centre de médecine régénérative et de thérapies cellulaires au Centre médical Wexner de l'Université d'État de l'Ohio. "A ce moment, la reprogrammation cellulaire commence." Lors d'une série de tests en laboratoire, les chercheurs ont appliqué la puce sur les pattes blessées de souris dont les scanners vasculaires ont montré qu'elles avaient un débit sanguin faible ou nul. "Nous avons reprogrammé leurs cellules cutanées pour qu'elles deviennent des cellules vasculaires", a déclaré Sen. "En une semaine, nous avons commencé à remarquer la transformation." Dès la deuxième semaine, des vaisseaux sanguins actifs se sont formés, et dès la troisième semaine, les pattes des souris ont été sauvées - sans aucune autre forme de traitement. "Cela étend le concept connu sous le nom de thérapie génique, et cela existe depuis un certain temps", a déclaré James Lee, PhD, collaborateur de l'étude, professeur d'ingénierie chimique et biomoléculaire dans l'État de l'Ohio. "La différence avec notre technologie est la façon dont nous délivrons l'ADN dans les cellules". La puce, chargée d'un code génétique spécifique ou de certaines protéines, est placée sur la peau, et un petit courant électrique crée des canaux dans le tissu. L'ADN ou l'ARN est injecté dans ces canaux où il prend racine et commence à reprogrammer les cellules. Dans une nouvelle étude publiée dans Nature Nanotechnology, le premier auteur Daniel Gallego-Perez, de l'État de l'Ohio, a démontré que la technique fonctionnait avec une efficacité allant jusqu'à 98 %. "Ce qui est encore plus passionnant, c'est qu'elle fonctionne non seulement sur la peau, mais aussi sur n'importe quel type de tissu", a déclaré M. Sen. En fait, les chercheurs ont pu cultiver des cellules cérébrales sur la surface de la peau d'une souris, les récolter, puis les injecter dans le cerveau lésé de la souris. Quelques semaines seulement après avoir subi une attaque, les fonctions cérébrales de la souris ont été rétablies, et elle a été guérie Comme cette technique utilise les propres cellules du patient et ne repose pas sur des médicaments, les chercheurs du département travaillent sur les essaies sur l’humain ➢ Les nouveaux nano-implants pour redonner la vue Grâce à des prothèses rétiniennes haute résolution construites à partir de nanofils et d'électronique sans fil, les ingénieurs ont fait un pas de uploads/Ingenierie_Lourd/ les-nouveaux-biomaterieaux.pdf