12. COMPAMED Forum de printemps consacré aux technologies innovantes d'implants – un domaine de recherche important dans le domaine de la technologie médicale

Déjà la 12e édition, le salon Messe Düsseldorf et la fédération spécialisée IVAM pour la microtechnologie ont organisé le forum de printemps COMPAMED comme une avant-première des tendances pour la COMPAMED. Avec près de 800 exposants, il s'agit du salon professionnel international de référence pour les fournisseurs de la technologie médicale, qui se tient chaque année à Düsseldorf, cette année du 12 au 15 novembre 2018 (en parallèle avec MEDICA). Le forum de printemps, avec 45 participants issus d'entreprises et d'institutions de huit nations différentes, s'est tenu le 3 mai au centre aéroportuaire de Francfort sous le titre « Implants en technologie médicale » et a abordé ce sujet dans quatre domaines : « Technologies pour la fabrication d'implants », « Emballage d'implants », « Matériaux pour implants » ainsi que « Microtechnologie dans les applications médicales ».

Ce que montre l'importance que le marché mondial a acquise pour les implants médicaux, ce sont des enquêtes de l'International Trade Administration et BCC Research : les chercheurs de marché estiment le volume à 30 à 60 milliards d'euros, dont environ 15 milliards d'euros pour les implants actifs. « Actifs » dans ce sens désigne tout implant doté d'une source d'énergie, généralement une batterie. Cependant, d'autres types d'alimentation en énergie sont également possibles, comme par exemple l'induction.

Selon `Market Research Future`, les implants orthopédiques représentent avec 31 % la catégorie la plus importante, suivis par les implants cardiaques et rachidiens. La croissance annuelle moyenne dans ce segment clé de la technologie médicale est prévue entre 2017 et 2023 à un peu plus de sept pour cent. La croissance est la plus rapide pour les implants cardiaques et, régionalement, dans la zone Asie-Pacifique. « Les moteurs du marché pour les implants sont actuellement la nouvelle combinaison de technologies et l'intégration de l'électronique, la réduction de la taille des composants, les technologies haute fréquence et sans fil, ainsi que les systèmes de surveillance, de détection et de contrôle », explique Dick Molin, responsable du segment marché médical chez Specialty Coating Systems (SCS).

Les implants actifs font partie des dispositifs médicaux les plus complexes et à haut risque, et imposent des exigences particulièrement strictes en matière de recherche appliquée, de développement, de production et d'homologation. Les innovations doivent toujours être développées en tenant compte de la sécurité du patient, de la fiabilité sur toute la durée de vie, de la compatibilité biologique et de la biostabilité, ainsi que de la compatibilité avec d'autres dispositifs médicaux. Outre ces exigences fondamentales, la miniaturisation des implants, leur alimentation en énergie efficace et compacte, l'échange sans fil de données et d'énergie entre l'implant et l'unité extrinsèque, mais aussi entre les composants de l'implant, prend une importance particulière à l'avenir.

Premier stimulateur cardiaque implanté en 1958

Le développement des implants actifs a commencé dès 1958, lorsque l'Institut Karolinska en Suède a implanté le premier stimulateur cardiaque. Depuis, divers dispositifs de stimulation électrique, d'amélioration de l'audition, de délivrance de médicaments ou de remplacement dentaire sont devenus courants. S'y ajoutent des implants orthopédiques pour la déviation osseuse, des implants pour le soutien cardiaque, ainsi que divers capteurs mesurant la pression intracrânienne, intraoculaire, vésicale ou la concentration de glucose. « Selon moi, la biostabilité est la caractéristique critique des implants actifs, car ils doivent survivre dans un environnement très hostile », explique Thomas Velten, responsable des microsystèmes biomédicaux au Fraunhofer IBMT. « Ils doivent donc être encapsulés de manière appropriée ». Les matériaux éprouvés pour cela sont les métaux, le verre et la céramique. Aujourd'hui, le IBMT travaille sur de nouveaux implants qui assurent leur alimentation et leur communication par ultrasons. Les implants — d'environ la taille d'une pièce de 5 centimes — ont un boîtier en titane. À l'avenir, un réseau entier de ces composants encore plus miniaturisés pourrait synchroniser leur fonctionnement via une communication sans fil par ultrasons.

Le Parylene, un groupe de matériaux de revêtement inertes, hydrophobes, optiquement transparents et polymériques, joue un rôle clé dans de nombreux implants et dispositifs médicaux avancés. Outre le poly-p-xylylène (souvent appelé Parylen N), ce domaine utilise également fréquemment Parylen C et HT. Les Parylen ne sont pas seulement déperlants, mais aussi résistants chimiquement aux médias inorganiques et organiques, aux acides forts, aux bases, aux gaz et à la vapeur d'eau. « Les Parylen sont l'une des technologies de revêtement les plus avancées, très adaptées pour l'encapsulation d'implants en raison de leurs excellentes propriétés électriques, barrière et biocompatibilité », souligne Aaron Clark de Specialty Coating Systems, fournisseur mondial de Parylen. Les revêtements en Parylen, pouvant être extrêmement fins, sont notamment utilisés dans les technologies de stents, la neurostimulation et la neuromodulation, ainsi que dans les technologies d'infusion, avec une importance croissante pour les implants actifs dans la gestion du diabète.

Pour les implants à long terme ou lorsque la pièce doit être aussi fine que possible, le Parylen seul ne peut pas assurer la barrière nécessaire. C'est pourquoi Comelec SA a développé une technologie visant à dépasser cette limite, en combinant le Parylen avec une couche inorganique à haute barrière, comme l'oxyde de silicium ou d'aluminium. « Grâce à l'effet synergique de nos systèmes multicouches, nous avons réussi à réduire la perméabilité à la vapeur d'eau d'un facteur 100 », explique le Dr Florian Bourgeois, responsable de la recherche et du développement chez Comelec. Un nouveau procédé hybride a été mis en place, combinant la déposition chimique en phase vapeur (CVD) du Parylen avec la déposition assistée par plasma en phase vapeur (PECVD) des composants céramiques dans une seule chambre.

Implants actifs pour la neuroprothétique personnalisée

Un domaine clé pour l'utilisation des implants actifs est la neuroprothétique. Dans ce secteur, CorTec a développé une technologie en boucle fermée pour mesurer et stimuler l'activité cérébrale en vue d'une utilisation à long terme. « Notre principe de base est que ces thérapies doivent être personnalisées », explique le Dr Martin Schüttler, fondateur et directeur général de CorTec. Le concept Brain Interchange repose sur trois composants : des électrodes pour la détection et la stimulation du système nerveux, une unité de télémetrie pour la communication optique avec l'implant, et une unité informatique qui analyse en temps réel les signaux cérébraux pour déterminer le besoin actuel de stimulation du patient. CorTec fabrique lui-même les électrodes — composées de cinq couches, fabriquées à l'aide de lasers ultracourts et de techniques de microfabrication. Elles peuvent ainsi être produites dans toutes les formes géométriques (y compris tridimensionnelles ou en design « cuff »), avec une haute densité de contacts et pour de multiples applications. CorTec fournit donc à la fois des composants et des systèmes actifs complets.

La technique de fabrication de fibres électriques, souvent très fines, à partir de solutions polymériques par traitement dans un champ électrique, est appelée « électrofilage ». La société Statice utilise également cette méthode pour créer de nouvelles possibilités de conception pour le développement et la fabrication de composants médicaux avancés. Elle nécessite des conditions contrôlées en termes de température, humidité et particules. En utilisant différentes buses, il est possible d'obtenir diverses solutions : tubes de formes complexes, tubes très fins ou surfaces en forme de patch. Ces fibres sont utilisées pour la revêtement d'implants métalliques, la filtration, l'administration de médicaments ou la régénération de la peau. Dans la délivrance de médicaments, par exemple, il est envisageable de charger les fibres en principes actifs et de les libérer de manière contrôlée. « Les caractéristiques sur mesure, comme le diamètre des fibres et leur porosité, permettent la colonisation cellulaire », explique Benoit Studlé, PDG de Statice. Une étude de faisabilité sur l'incorporation d'un principe actif antibactérien dans des fibres pour une application dentaire est déjà en cours.

Matériaux dégradables pour la dissolution autonome de l'implant

Pour de nombreux implants, il s'agit d'assurer une durée de vie aussi longue que possible, mais pour certains, il s'agit aussi qu'ils ne restent pas en permanence dans le corps. Au Fraunhofer IFAM à Dresde, une solution a été développée : un implant en magnésium dégradable avec une structure en fibres, conçue pour traiter de plus grandes défaillances osseuses. Celle-ci sert de guide pour l'os durant la croissance, stimulée par les propriétés biomécaniques avantageuses de l'implant. En même temps, la structure permet la croissance des vaisseaux sanguins. Au fur et à mesure de la cicatrisation, l'implant se dégrade. Jusqu'à présent, les grandes lésions osseuses étaient principalement traitées par des greffes osseuses autogènes, mais cette option est limitée. La collecte — généralement dans la crête iliaque — comporte également des risques supplémentaires pour le patient. Une alternative est le substitut osseux synthétique, souvent peu résistant mécaniquement et peu favorable à l'imagerie en raison de troubles persistants. La solution idéale est donc constituée de matériaux dégradables, c'est-à-dire des implants qui disparaissent après la cicatrisation, comme le nouvel implant en magnésium du Fraunhofer IFAM Dresde. La fabrication repose sur l'extraction de fibres courtes de magnésium à partir de la fusion. Les fibres sont ensuite uniformément déposées, reliées par chauffage et comprimées. Ces implants présentent d'excellentes propriétés mécaniques et surtout une excellente résistance à la corrosion, répondant ainsi aux exigences physiologiques. Sur un modèle animal, une corrosion lente a été observée après 12 semaines, la majorité des implants métalliques ayant disparu après 24 semaines. « Nos principales applications commerciales sont l'ostéosynthèse et les stents cardiovasculaires », souligne le Dr Peter Quadbeck, responsable de l'équipe des matériaux avancés au Fraunhofer IFAM. Les propriétés de ces produits ont également convaincu des entreprises. La société Botiss Biomaterials GmbH, en tant que licenciée, prévoit de mettre en œuvre cette technologie dans la chirurgie orale et évalue actuellement la mise en place d'une chaîne de production adaptée.

« Cathéter épée » pour une ponction plus simple des vaisseaux sanguins

La ponction des vaisseaux sanguins est une procédure quotidienne en médecine. Elle constitue également la première étape pour introduire un cathéter dans ces vaisseaux, afin d'administrer des médicaments ou des perfusions, et est indispensable lors de toutes les urgences nécessitant des transfusions sanguines. En général, la technique de Seldinger, publiée en 1953, est utilisée pour ouvrir les grands vaisseaux sanguins lors de la ponction. Cette technique est longue, encombrante en termes d'espace et de matériel, et nécessite souvent l'assistance d'un assistant. Elle comporte de nombreuses étapes, et la procédure peut durer jusqu'à environ 30 minutes. Dans ce contexte, Ebnet Medical a présenté une innovation remarquable : sous le nom de `SWORDCATH`, un système de ponction a été conçu, intégrant toutes les composantes nécessaires et emballé de manière conviviale. « Notre système utilise une nouvelle technique de ponction intuitive à apprendre et associe une petite aiguille de ponction à un cathéter plus grand », explique le Dr Jens Ebnet, fondateur et directeur général de la société éponyme. La nouvelle solution, qui a déjà été déposée dans plusieurs pays, vise à réduire considérablement le temps nécessaire et à supprimer la nécessité d'une assistance. « Avec le développement du `SWORDCATH`, nous ciblons un marché très large, car seul l'insertion de cathéters dans les vaisseaux sanguins est réalisée des millions de fois chaque année dans le monde », ajoute Ebnet, qui recherche actuellement des partenaires pour les essais cliniques, étape suivante nécessaire.

De nouveaux matériaux, procédés innovants et l'utilisation combinée de l'électronique et de la microsystémique ne sont pas seulement caractéristiques des implants modernes, mais aussi des thèmes fondamentaux de COMPAMED. La COMPAMED 2018, qui se tiendra en parallèle avec le plus grand salon médical mondial MEDICA, du 12 au 15 novembre à Düsseldorf, abordera non seulement les dernières avancées dans ce domaine, mais présentera également de nombreux autres secteurs de recherche tels que la numérisation et la miniaturisation en technologie médicale.