Recueil
& sélection

Recueil de têtes fémorales exclusivement sur donneur vivants prélevées uniquement en France par des chirurgiens orthopédistes. Sélection clinique basée sur des critères recommandés par l’agence de biomédecine et sélection biologique basée sur des critères sérologiques règlementaires.

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Transport

L’acheminement des têtes fémorales et tubes de sang chez Biobank se fait par un transporteur spécialisé en véhicule frigorifique équipé pour le transport à -30°C. La chaîne du froid est contrôlée par un dispositif d’enregistrement de la température par sonde électrique.

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Supercrit®

Le procédé Supercrit® de Biobank est une méthode basée sur la délipidation du tissu osseux par un fluide non toxique, le CO2 à l’état supercritique, associée à une oxydation chimique des protéines résiduelles contenues dans les pores du tissu spongieux.

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DISTRIBUTION
& CONSERVATION

Les greffons BIOBank sont délivrés uniquement sur Prescription Médicale Nominative pour un usage unique. Ils sont protégés par un double emballage stérile étanche et peuvent être conservés dans des conditions de température, luminosité et humidité standards, jusqu’à leur date de péremption, tant que l’emballage conserve son intégrité.

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IMPLANTATION

L’implantation d’un greffon osseux humain Biobank répond à des règles strictes de traçabilité et des règles de bon usage en termes d’information du patient et d’utilisation du greffon

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Le traitement du tissu osseux

Les allogreffes osseuses cryoconservées ont été largement et sont toujours utilisées en chirurgie orthopédique pour le traitement de gros défauts osseux, notamment lors des reprises d’arthroplastie de la hanche et du genou. L’élargissement des indications vers les petits comblements osseux a favorisé le développement de techniques visant à proposer des formes adaptées. La chirurgie osseuse orale à visée implantaire constitue de ce point de vue un secteur d’utilisation des allogreffes osseuses en plein essor.

Diverses méthodes de traitement ont été développées depuis la fin des années 1980 dans le but de dévitaliser le tissu osseux et le rendre propre aux trois propriétés essentielles attendues : sécurisation virale active validée (et non plus par la seule sélection des donneurs), conservation à température ambiante rendue possible par un état déshydraté et ostéoconduction améliorée par le nettoyage des travées osseuses.

Dans les procédés classiques, un solvant organique fort (chloroforme ou acétone) est utilisé pour dégraisser le tissu osseux spongieux qui contient de nombreux adipocytes dans ses cavités médullaires. Cette fraction lipidique représente en effet près de 60 % en masse d’une tête fémorale après élimination du cartilage. Son élimination est rendue d’autant plus difficile que le réseau trabéculaire est dense et épais (Figure 1).

“Figure 1 : Application du procédé Supercrit® sur une tête fémorale complète : illustration de la capacité à obtenir à la fois l'efficacité du nettoyage et la préservation du volume osseux initial.”

La présence d’une grande quantité de lipides entraîne de plus une mauvaise mouillabilité du tissu, empêchant ou gênant l’action des oxydants aqueux mis en œuvre ultérieurement pour assurer la viro-inactivation. Leur diffusion dans le tissu osseux est limitée, ce qui réduit leur capacité à garantir l’inactivation virale des fragments osseux de grandes dimensions comme les têtes fémorales entières.

Par ailleurs, l’utilisation de ces solvants dégraissants nécessite une phase d’élimination de la graisse dissoute qui passe notamment par des traitements physiques agressifs comme le jet d’eau sous pression ou la centrifugation. Ces solvants organiques peuvent en outre laisser des résidus toxiques indésirables s’ils sont mal éliminés.

Enfin, un autre inconvénient des solvants organiques pour le dégraissage du tissu osseux est leur efficacité relativement faible. Les résidus lipidiques après un traitement « classique » représentent encore une fraction non négligeable de la masse du produit fini. La conséquence est une mouillabilité encore imparfaite qui freine l’ostéoconduction en gênant la vascularisation du greffon in situ.
Il est fondamental de considérer que l’élimination des graisses par un nettoyage approfondi du réseau trabéculaire osseux constitue la pierre angulaire de toutes les étapes ultérieures du traitement et un prérequis essentiel de l’ostéoconduction attendue par le chirurgien.

Une technologie innovante au dioxyde de carbone supercritique a ainsi été mise au point et développée pour être appliquée au tissu osseux humain sous le nom de procédé Supercrit®.

Principe et mise en œuvre du procédé Supercrit®

Les procédés classiques de traitement des allogreffes osseuses en vue de leur nettoyage utilisent des solvants organiques forts. BIOBank est la première banque de tissus à avoir développé et utilisé un fluide performant et non toxique, le CO2 à l’état supercritique. Le procédé Supercrit® est la combinaison du dégraissage par le CO2 supercritique et d’une oxydation chimique douce des protéines résiduelles. Ce procédé présente des performances inégalées en termes de sécurité et de respect de la matrice osseuse.

Dans son principe, au-delà d’une pression et d’une température critique, le CO2 n’est plus dans un état gazeux ou liquide, il est dans un autre état appelé fluide supercritique (figure 2). Comme un liquide, il a une densité élevée et conserve un pouvoir solvant important. L’autre propriété intéressante est sa faible viscosité permettant une capacité de diffusion élevée (9).

“Figure 2 : Diagramme de changement d'état du dioxyde de carbone. Au-delà de 31.1°C et de 73.8 bars, le CO2 est dans état dit supercritique.”

Ces deux propriétés, diffusion et pouvoir solvant élevés, rendent ce fluide très intéressant pour l’extraction de composés apolaires contenus dans une matrice poreuse tel que le tissu osseux spongieux. De plus, ses coordonnées supercritiques sont douces (pression critique 7,38 Mpa, température critique 31°C) et n’entrainent pas de dénaturation des protéines comme le collagène de l’os.

Les molécules non polaires comme les carbures d’hydrogène, les huiles et généralement tous les lipides sont solubles dans le CO2 à l’état supercritique. A l’inverse, les molécules polaires, les acides aminés et les protéines sont peu solubles. Cette dernière propriété est essentielle car elle préserve l’intégrité du collagène contenu dans le tissu osseux dont il représente environ 30% en poids.

Grâce à l’efficacité du dégraissage, la mouillabilité du tissu osseux est totalement modifiée. Cela facilite la pénétration des produits chimiques aqueux qui sont ensuite appliqués pour assurer la viro-inactivation. Le temps nécessaire pour leur action est réduit, ce qui diminue les altérations de la trame osseuse et contribue à la meilleure préservation des propriétés mécaniques du tissu osseux.

Les performances du procédé Supercrit® en termes de réduction d’une charge virale préalablement inoculée ont été validées (5, 6). Le pouvoir viro inactivant du procédé Supercrit® dépasse largement le seuil d’assurance qualité (SAL) de 10-6 exigé pour assurer la stérilité des greffons osseux (Figure 3). L’évaluation de l’élasticité et de la résistance à la compression des greffons osseux BIOBank, réalisée selon plusieurs protocoles, a démontré la spécificité du procédé Supercrit® à préserver mieux que d’autres l’architecture et la densité du tissu osseux (1, 2, 3).

“Figure 3 : Capacité de réduction par le procédé Supercrit® d'une charge virale préalablement inoculée réalisée sur les 5 principales familles de virus (source : institut Pasteur Texcell).”

A l’issue du procédé Supercrit®, le tissu osseux trabéculaire est parfaitement nettoyé et conserve son architecture comme son volume initial (Figure : 4).

“Figure 4 : Illustration de l'efficacité du procédé BIOBank sur une tête fémorale avant, pendant, et après mise en œuvre du procédé Supercrit®.”

Toutes les manipulations sur les tissus se déroulent dans un laboratoire spécialement étudié pour le traitement aseptique des tissus. L’environnement de travail est constitué de salles blanches à atmosphère contrôlée, équipées de matériels spécifiques de haute technicité. Un personnel formé et qualifié met en œuvre toutes les étapes du procédé Supercrit®.

Après nettoyage, séchage et conditionnement, l’obtention de l’état stérile est obtenue par irradiation aux rayons gamma à une dose stérilisante de 25 à 30 kGy sur les greffons préalablement protégés par un double emballage primaire. Comme pour les dispositifs médicaux implantables, la stérilisation par irradiation gamma est réalisée par un prestataire agréé et validée conformément aux normes EN 552 et ISO 11737-2. Outre son efficacité stérilisante et son fort pouvoir de pénétration, cette technique est classiquement retenue pour les allogreffes osseuses car elle ne provoque pas d’échauffement du matériau et ne génère pas de résidus toxiques.

Mode d’utilisation et mécanisme d'action des greffons osseux BIOBank

La phase de réhydratation est une étape importante, nécessaire pour que le greffon osseux retrouve son élasticité initiale. Elle peut être réalisée avec du sérum physiologique stérile ou avantageusement avec le sang du patient. Celui-ci apporte en effet des éléments figurés et des protéines qui lors de la formation du caillot sanguin constitueront un réseau propice à l’adhésion cellulaire et à l’activation des facteurs intervenant dans la cicatrisation tissulaire. La réhydratation par le sang apporte en outre une cohésion des grains de poudre qui facilite les manipulations.

Comme tout biomatériau inerte et dépourvu de facteurs de croissance, l’allogreffe osseuse BIOBank agit par ostéoconduction. La matrice osseuse greffée se laisse envahir par une vascularisation issue du lit osseux receveur qui va lui apporter les cellules osseuses nécessaires à son remaniement et à sa transformation en un tissu osseux vivant et fonctionnel (7, 8).

Ce qui fait la différence avec les autres matériaux ostéoconducteurs tient dans la composition intrinsèque de sa structure minéralo-collagénique, la préservation de son architecture (Figure 5) et de  ses propriétés mécaniques et dans la mouillabilité particulièrement forte consécutive à l’efficacité du procédé Supercrit®.

“Figure 5 : Coupe d'une plaquette d'os cortico-spongieux au microscope électronique à balayage (x60).”

Les cellules osseuses du patient greffé vont ainsi pénétrer dans un environnement familier du point de vue de la composition biochimique du greffon et pouvoir diffuser et se déposer à la surface des travées osseuses, cela sans frein ni délai. Dès lors, le mécanisme connu de résorption/apposition est initié dès les premières heures suivant la greffe. L’absence de résidus cellulaires facilite cette diffusion et limite considérablement les réactions cellulaires et humorales inhérentes à la greffe d’un corps étranger. La résultante est que l’ostéoconduction se déroule selon une cinétique plus rapide qu’avec les matériaux principalement composés d’une seule phase minérale ou dont le nettoyage et la mouillabilité ne sont pas aussi performants.

Ces propriétés qui associent efficacité et tolérance sont confirmées par les analyses histologiques régulièrement pratiquées lors de la pose des implants (Figure 6).

Classiquement, 4 à 6 mois après la greffe d’une poudre d’os spongieux dans un sinus ou une cavité post-extractionnelle, une image du processus de remodelage osseux intègre les éléments suivants :

  • une juxtaposition intime entre les fragments résiduels du greffon et un os néoformé vivant, avec un équilibre des 2 tissus en termes de quantité, les particules de greffon jouant le rôle de ponts au sein du nouveau tissu osseux
  • une moelle osseuse cellularisée dépourvue de cellules géantes ou macrophagiques
  • la présence de vaisseaux sanguins participant au métabolisme tissulaire
  • des fronts d’ostéoblastes à la surface du tissu ostéoïde en voie de minéralisation
  • quelques rares ostéoclastes pouvant subsister, témoignant d’une certaine stabilité voire de la fin de la phase de résorption active

“Figure 6 : Analyse histologique d'une biopsie de sinus du Dr Carole Leconte (Paris).
Coloration Hématoxylin-Eosine-Safran réalisée par le laboratoire Novotec (Lyon) - * : particule greffon, ☆ : os néoformé, -> tissu ostéoïde, mo : moelle osseuse, ob : ostéoblaste, oc : osctéoclaste.”

On observe que le processus de résorption du greffon n’est pas achevé, ce qui en soit n’est pas un problème car les particules résiduelles se comportent comme l’os vivant sur le plan biomécanique vis à vis des contraintes mécaniques consécutives à la pose des implants. Le fait remarquable est l’obtention d’une réelle cohésion des tissus au sein du volume greffé. Les particules de greffon ont été réellement assimilées dans un réseau de trabécules d’os néoformé fonctionnel.

Conclusion

L’ensemble des études in vitro et précliniques valident la pertinence du procédé Supercrit®. En alliant performance du nettoyage et de la viro-inactivation et respect de la trame osseuse, il constitue une approche moderne et efficace. Il convient également de retenir que la mise en œuvre d’un tel procédé se fait au sein d’une organisation complexe, nécessitant la maîtrise de nombreuses compétences et plaçant la rigueur au cœur de chacune des étapes.

Le recul clinique aujourd’hui disponible témoigne de l’intérêt des allogreffes osseuses et confirme que le tissu osseux est un biomatériau naturel exceptionnel.

Références bibliographiques

1Comparative ultrasound evaluation of human trabecular bone graft properties after treatment with different sterilization procedures.

VASTEL, L., MASSE, C., MESNIL, P., et al.

Journal of Biomedical Materials Research, 2009, Vol.90, N°1, p. 430-437.

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2Effects of gamma irradiation on mechanical properties of defatted trabecular bone allografts assessed by speed of sound measurement.

VASTEL, L., MASSE, C., MESNIL, P., et al.

Cell and Tissue Banking, 2007, vol.8, p. 205-210.

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3Effect of a supercritical C02 based treatment on mechanical properties of human cancellous bone.

MITTON, David., RAPPENEAU, Julien., BARDONNET, Raphaël.

European Journal of Orthopaedic Surgery & Traumatology, 2005, N°15, p. 264-269.

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4Effect of different sterilization processing methods on the mechanical properties of human cancellous bone allografts.

VASTEL, L., MEUNIER, A., SINEY,H., et al.

Biomaterials, 2004, N°25, p. 2105-2110.

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5Evaluation of the viral safety during manufacturing processe of human bone grafts. Evaluation carried out by using the whole femoral head.

Pasteur-Texcell

report number : 250/01/5375/01, 2003.

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6Viral inactivation of human bone tissue using supercritical fluid extraction.

FAGES, Jacques., POIRIER, Béatrice., BARBIER, Yves., et al.

ASAIO Journal, 1998, N°44, p. 289-293.

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7Bone allograft and supercritical processing : effects on osteointegration and viral safety.

FAGES, Jacques., JEAN, Eliane., FRAYSSINET, Patrick., et al.

Journal of Supercritical Fluids, 1998, N°13, p. 351-356.

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8Histological integration of allogeneic cancellous bone tissue treated by supercritical CO2 implanted in sheep bones.

FRAYSSINET, Patrick., ROUQUET, Nicole., MATHON, Didier., et al.

Biomaterials, 1998, N°19, p. 2247-2253.

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9Use of supercritical CO2 for bone delipidation.

FAGES, Jacques., MARTY, Alain., DELGA, Corinne., et al.

Biomaterials, 1994, Vol.15, N°9, p. 650-656.

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