Les prothèses virtuelles en titane
Les métaux sont communément utilisés dans les prothèses. Cependant, les alliages utilisés et le traitement appliqué pour obtenir les propriétés mécaniques voulues entraînent souvent des problèmes de biocompatibilité dans le tissu hôte. L'incorporation de nanomatériaux qui associent résistance, biocompatibilité et facilité d'usinage constitue une alternative prometteuse. La recherche sur la nanostructuration du titane et de ses alliages en est encore à ses débuts. Les expériences utilisant des cultures de cellule et des tests mécaniques et in vivo sont coûteuses, longues et nécessitent également de nombreux tests sur des animaux. Le remplacement de ces méthodes par des modèles de prédictions précis constituerait un coup de fouet pour un développement rentable du point de vue économique. Des scientifiques travaillant dans le projet VINAT, financé par l'UE, ont développé un environnement de modélisation virtuel à plusieurs échelles. L'équipe a intégré des descriptions aux niveaux atomistique, cristal et grain/microstructure à l'aide de diverses méthodes de calcul avancés. L'environnement virtuel permet d'analyser les propriétés, la force et la biocompatibilité des matériaux nanostructurés et à base de titane ultrafins pour les implants médicaux. Les chercheurs ont concentré leurs efforts sur trois types de matériaux à base de titane: le titane pur, les alliages titane-niobium et les alliages super-élastiques titane-nickel (Ti-Ni) à mémoire de forme. Les alliages à mémoire de forme constituent une nouvelle classe de métaux qui «se souviennent» de leur forme. Les alliages Ti-Ni sont les plus prometteurs, notamment pour le remplissage des canaux dentaires et les couronnes, alors que le nanotitane est un matériau intéressant pour les implants. En utilisant la modélisation en conjonction aux expériences, les chercheurs ont développé et testé un nouvel implant de petite taille, résistant, fabriqué à base de titane ultrafin. L'implant de 4 mm de diamètre soutient la même charge que les implants de 7 mm de diamètre, et permet ainsi de faciliter les opérations chirurgicales dans les emplacements complexes et de réduire les lésions pour les patients. Les scientifiques ont également développé une nouvelle voie de traitement pour la fabrication de matériaux. Les résultats du projet VINAT devraient améliorer de manière significative la qualité de vie de la population âgée de l'UE en accélérant le processus de développement de prothèses à base de titane. La suite de modélisation multi-échelle qui a été développée, qui permet à la fois des tests virtuels des propriétés mécaniques et de la biocompatibilité, minimisera le besoin de tests in vitro et in vivo. Cela permettra à son tour d'améliorer la compétitivité des petites et moyennes entreprises européennes qui travaillent dans le domaine.
Mots‑clés
Titane, prothèse, biocompatibilité, nanomatériaux, environnement virtuel