Modélisation de l’effet de la rugosité sur l’adhésion d’ostéoblastes : application au titane

Modeling roughness effect on osteoblast adhesion: application to titanium

¹ Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux, École Centrale Paris, Grande Voie des Vignes, 92295 Châtenay-Malabry Cedex, France
e-mail : matthieu.lecomte@edu.univ-paris13.fr ; francois.wenger@ecp.fr ; pierre.ponthiaux@ecp.fr
² Laboratoire de Chimie, Structures et Propriétés de Biomatériaux et d’Agents Thérapeutiques (LBPS/CSPBAT FRE CNRS 3043), Université Paris 13, 99 avenue Jean-Baptiste Clément, 93430 Villetaneuse, France
e-mail : veronique.migonney@univ-paris13.fr

Reçu : 8 Avril 2010
Accepté : 15 Avril 2010

Résumé

La durée de vie des implants est en partie dépendante de la qualité de l’ostéointégration. Or il a été reconnu que l’ostéointégration est influencée par les traitements de mise en forme et d’obtention des implants, au travers des propriétés mécaniques, qui peuvent être modifiées sur une certaine profondeur, des propriétés chimiques et topographiques. Afin d’anticiper l’effet d’un traitement de surface sur le comportement cellulaire, un modèle a été mis au point simulant l’adhésion cellulaire sur différentes surfaces de titane. Ce modèle est basé sur l’encombrement géométrique de cellules sphériques distribuées aléatoirement sur des profils topographiques. La modélisation est ensuite comparée à des tests réalisés in vitro avec les cellules ostéoblastiques MG63. Le nombre de cellules par mm² est calculé dans chacun des cas et la confrontation entre les résultats expérimentaux et théoriques montre qu’il est possible d’estimer correctement ce paramètre par la modélisation. Les prochains développements du modèle introduiront les notions d’étalement cellulaire, de contraintes mécaniques, de paramètres topographiques échelle-dépendants et de propriétés chimiques de la surface.

Abstract

An implant lifetime partly depends on the quality of the osseointegration. It has been established that osseointegration is influenced by treatments performed to shape and obtain the implants, throughout mechanical properties which can be modified in a given depth, as well as chemical and topographical properties. In order to predict the effect of a surface treatment on cellular behavior, a model has been elaborated to simulate cellular attachment on different titanium surfaces. This model is based on the space occupation of spherical cells randomly distributed on topographical profiles. The simulated design is then compared to in-vitro experiments with MG63 osteoblastical cells. The number of cells per square millimeter is calculated in each case; comparisons between experimental and theoretical results demonstrate the feasibility of reaching such parameter by modelling. Future developments of the model will allow to study cellular spreading, mechanical constraints, scale-dependent topographical parameters and surface chemical properties.