2.1 Implants neurologiques métalliques
Les dispositifs métalliques implantés utilisés à des fins thérapeutiques pour traiter diverses affections neurologiques comprennent les stimulateurs cérébraux profonds pour traiter les déficits moteurs associés à la maladie de Parkinson (Duker et Espay, 2013), ainsi que les clips d’anévrisme et les bobines endovasculaires utilisés pour sceller les anévrismes dans les vaisseaux sanguins cérébraux (Killer et al, 2010). Sur le plan diagnostique, ils peuvent être utilisés comme composants de réseaux de microélectrodes pour la surveillance chronique de l’activité électrique du cerveau. Les dispositifs neurologiques métalliques implantés sont composés d’un certain nombre d’alliages, dont le titane (principalement Ti6Al4V) et le cobalt. Les électrodes d’enregistrement sont souvent fabriquées à partir de platine pur, bien que d’autres métaux tels que le tungstène, l’alliage platine-iridium ou l’acier inoxydable (recouvert d’un matériau isolant) aient été utilisés (Prasad et al., 2012), et que des matériaux à base de silicium soient explorés comme alternatives non métalliques aux alliages métalliques pour les électrodes intracrâniennes (Groothuis et al, 2014).
La réponse tissulaire générale qui se produit après l’implantation d’alliages dans le cerveau implique l’activation des cellules gliales et la formation d’une cicatrice gliale (Griffith et Humphrey, 2006 ; Winslow et Tresco, 2010 ; Groothuis et al., 2014). Certains matériaux métalliques sont beaucoup plus biocompatibles avec le tissu cérébral que d’autres et servent donc de matériaux utiles pour la fabrication de dispositifs implantés en neurologie. Stensaas et Stensaas (1978) ont mené une étude complète pour évaluer la réponse histopathologique des matériaux métalliques implantés dans le cerveau. Ils ont découvert que les fils fabriqués à partir de germanium, d’argent, de fer, de cuivre ou de cobalt purs produisaient une réponse hautement toxique dans le cerveau des lapins après leur implantation. Le tantale, le molybdène et l’alliage nickel-chrome ont produit une réponse « réactive » caractérisée par la présence de cellules géantes multinucléées dans le tissu péri-implantaire et une fine couche de tissu conjonctif. Les matériaux relativement non toxiques dans cette étude comprenaient l’aluminium, l’or, le tungstène et le platine. De même, Yuen et al. (1987) ont constaté que les disques de platine implantés par voie sous-cutanée chez le lapin présentaient un profil de biocompatibilité acceptable, tandis que les disques de chlorure de silicium argentique produisaient une réaction tissulaire spectaculaire, notamment un œdème et une gliose. Mofid et al. (1997) ont évalué la biocompatibilité des matériaux de fixation métalliques dans le cerveau des lapins et ont noté la réponse inflammatoire classique aux matériaux implantés, mais ont observé de façon intéressante que la réponse aux différents matériaux variait dans le temps. Par exemple, une importante réponse inflammatoire a été observée dans le cerveau 2 semaines après l’implantation de titane pur, mais la réponse histologique au titane s’est résolue avec le temps et était similaire à celle produite par le Vitallium (un alliage cobalt-chrome-molybdène largement utilisé pour les dispositifs implantés), et au matériau témoin négatif (élastomère de silicone) 26 semaines après l’implantation. En revanche, l’acier inoxydable 316L a produit une réponse inflammatoire progressivement croissante à 8 et 26 semaines, et la réponse leucocytaire à 26 semaines était supérieure à celle produite par le titane ou le Vitallium. La composition de l’alliage d’acier inoxydable joue un rôle dans la sévérité de la réponse histologique après l’implantation. Par exemple, Dujovny et al. (2010) ont signalé que divers alliages d’acier inoxydable (par exemple, 17-7PH, 405) ne convenaient pas à l’implantation dans le cerveau en raison de leur corrosion élevée et de la réponse histologique défavorable. En revanche, l’acier 316MOS, ainsi que d’autres alliages comme le titane et l’Egiloy (un alliage de cobalt), étaient plus biocompatibles. Un certain nombre de rapports de cas ont été publiés décrivant le développement d’une encéphalopathie chez des patients après l’utilisation de ciment osseux contenant de l’aluminium pour l’otoneurochirurgie (Renard et al., 1994 ; Hantson et al., 1995 ; Reusche et al., 1995). Des niveaux élevés d’aluminium sont apparus dans le liquide céphalo-rachidien lorsque la dure-mère a été rompue, ce qui a donné au métal un accès direct au parenchyme cérébral.
La réponse histologique du cerveau aux matériaux métalliques implantés a évidemment un impact sur la sélection des alliages pour la fabrication des dispositifs implantés au niveau neuronal. D’autres facteurs, tels que la compatibilité avec l’imagerie par résonance magnétique (IRM), peuvent également jouer un rôle dans la détermination des meilleurs matériaux à utiliser dans les implants neurologiques métalliques. Par exemple, bien que l’Egiloy et le titane aient tous deux été utilisés pour fabriquer des clips d’anévrisme intracrânien, le titane est l’alliage préféré car il présente l’avantage supplémentaire de minimiser la formation d’artefacts pendant la tomographie assistée par ordinateur et l’imagerie radiologique par IRM (Horiuchi et al., 2014).
En plus de comprendre l’impact toxicologique des métaux libérés par les implants métalliques, d’un point de vue clinique, il est également important de considérer l’effet que la réponse des tissus peut avoir sur la performance du dispositif. Ce facteur est particulièrement important pour les performances des électrodes d’enregistrement implantées de façon chronique. La réaction de corps étranger produite par l’électrode dans le cerveau, en particulier l’encapsulation de l’électrode par les cellules gliales, réduit la capacité de l’électrode à détecter les signaux neuronaux du cerveau. Des efforts sont en cours pour identifier des matériaux qui minimisent la réponse inflammatoire du cerveau aux électrodes implantées et qui permettent donc une meilleure performance du dispositif.
En résumé, bien que certains alliages métalliques produisent une réponse histopathologique défavorable suite à l’implantation dans le cerveau ou dans d’autres tissus neuraux, des études expérimentales ont identifié certains alliages avec une réponse de biocompatibilité acceptable. Ces résultats permettent aux fabricants de dispositifs médicaux de sélectionner les matériaux qui offrent les performances cliniques les plus favorables lorsqu’ils sont utilisés pour développer des dispositifs neurologiques implantés. Les facteurs à prendre en compte lors de la sélection d’un matériau métallique à utiliser dans un dispositif implanté en neurologie comprennent la réponse des tissus à l’alliage, ainsi que la durée de l’implantation, le traumatisme tissulaire produit lors de l’insertion de l’implant et la géométrie du dispositif (Groothuis et al., 2014).