Résistance cohésive de greffons osseux hydratés au PRP

Évaluation de la résistance cohésive de greffons osseux hydratés au plasma riche en plaquettes (PRP) par compression non confinée

Introduction

Les allogreffes osseuses jouent un rôle essentiel en chirurgie orthopédique et dentaire en fournissant un support à la formation tissulaire et en favorisant la réparation osseuse. Les propriétés mécaniques du greffon, influencées par sa composition, sont déterminantes dans sa conception. Le plasma riche en plaquettes (PRP) est parfois utilisé comme phase liquide des greffons en raison de ses propriétés régénératrices connues [1]. Dans cette étude, nous avons développé une plateforme in vitro pour examiner, par compression non confinée, les propriétés mécaniques de greffons cylindriques obtenus par compactage de mélanges de PRP et d’os cortico-spongieux.

Méthode

Préparation des échantillons

Une poudre de fragments d’os cortico-spongieux humain lyophilisé, de granulométrie comprise entre 500 et 1 000 µm, a été obtenue auprès de Vivex Biologics (Floride, États-Unis). Les échantillons ont été préparés en hydratant 1,6 g de poudre avec 360 µL de solution saline tamponnée au phosphate (PBS) pendant 5 minutes. Le mélange a ensuite été homogénéisé avec 360 µL de PRP ovin obtenu par centrifugations successives. Pour déclencher la coagulation du PRP, 38,4 µL de CaCl₂ ont été ajoutés.

Moulage et compactage

Un système d’impaction sur mesure, constitué d’un moule cylindrique de 11 mm de diamètre intérieur et d’un piston, a servi à former les greffons (figure 1). Le mélange a été introduit soigneusement à la spatule pour limiter les pertes. Le piston a été placé sur le mélange, puis une masse fixe de 1,5 kg a été lâchée sur le piston 20 fois depuis une hauteur de 40 mm. Après compactage, chaque échantillon est resté dans le moule pendant 6 minutes avant extraction. Les cylindres obtenus ont été placés dans la chambre d’essai du Mach-1.

Compression non confinée

La résistance cohésive a été évaluée par un essai de compression non confinée adapté de la norme ASTM D2166, « Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil » [2], avec de légères modifications pour les échantillons biologiques. Un Mach-1 v500c équipé d’une cellule de charge uniaxiale de 100 N a été utilisé.

L’essai débutait par une précompression axiale de 0,5 % de la hauteur de l’échantillon à une vitesse de 1 % par minute, suivie d’une relaxation de 60 secondes pour permettre la redistribution des contraintes. Une compression de 15 % de la hauteur initiale était ensuite appliquée à 1 % par minute. La résistance cohésive était définie comme la moitié de la résistance en compression à 15,5 % de déformation ou à la rupture [3]. L’analyse fournissait également le module de Young (E), la résistance ultime en compression et la résistance cohésive.

Résultats

Les valeurs moyennes obtenues étaient de 1 330 ± 213 kPa pour le module de Young, de 99 ± 18 kPa pour la résistance ultime en compression et de 49,3 ± 8,9 kPa pour la résistance cohésive. Le tableau 1 présente les mesures individuelles.

La compression entraînait la formation de fissures et un renflement des échantillons sous l’effet de la déformation mécanique. Aucune expulsion apparente de PRP n’a été observée, ce qui indique des proportions et un mélange appropriés des composants. La figure 2 illustre ces observations.

Discussion

L’étude a démontré la faisabilité du compactage de greffons PRP/os et de l’évaluation de leur résistance cohésive avec le Mach-1 et une cellule de charge uniaxiale de 100 N. Les cylindres, dont le rapport hauteur/diamètre moyen était de 1,70 ± 0,08, présentaient une résistance cohésive moyenne de 49,3 ± 8,9 kPa. Ces résultats s’inscrivent dans le contexte de travaux antérieurs rapportant 27,2 kPa pour des greffons de sang et d’os frais congelé soumis à une compression non confinée [3]. Les écarts peuvent être attribués aux différences de taille et de composition : nos greffons de 11 mm de diamètre contenaient du PRP et des fragments d’os lyophilisé réhydratés, tandis que l’étude citée utilisait des greffons de sang et d’os frais congelé de 16 mm de diamètre.

Le cisaillement constitue une autre méthode d’évaluation de la résistance cohésive. Une configuration combinant charges normale et tangentielle permettrait de mesurer les propriétés mécaniques de matériaux particulaires [4][5]. Le Mach-1 v500cs, équipé d’une cellule de charge multiaxiale, peut mesurer simultanément les forces normale et de cisaillement. La contrainte normale et la résistance au cisaillement, associée à la cohésion, peuvent ensuite être calculées afin d’examiner leur relation par régression.

Conclusion

Cette étude a évalué la résistance cohésive de greffons osseux hydratés au PRP par compression non confinée avec le Mach-1. Elle démontre la faisabilité de leur compactage et de leur caractérisation mécanique. La résistance cohésive moyenne de 49,3 ± 8,9 kPa renseigne sur leur capacité à maintenir leur intégrité structurale sous des forces de compression.

L’étude souligne aussi la polyvalence du Mach-1 pour caractériser les biomatériaux, notamment en ingénierie du tissu osseux. La compression non confinée s’est révélée efficace pour évaluer la cohésion et fournir des données utiles à l’optimisation des greffons et aux recherches futures. Cette méthode adaptée de normes d’essai des sols a permis de caractériser ces échantillons biologiques et de mieux comprendre leur comportement.

Ces travaux apportent des informations aux chercheurs et aux cliniciens qui développent ou utilisent des greffons osseux. La connaissance des propriétés mécaniques des mélanges PRP/os contribue à l’ingénierie tissulaire et pourrait, à terme, aider à améliorer les résultats chirurgicaux et à développer de nouvelles approches thérapeutiques en orthopédie et en dentisterie.

Auteurs

Références