بسم الله الرحمان الرحيم

1. بسم الله الرحمان الرحيم

2. République Algérienne Démocratique et PopulaireMinistère de l’Enseignement Supérieur et de la recherche scientifiqueUniversité Mentouri ConstantineFaculté des science de l’ingénieurDépartement d’électroniqueMaster 1 électronique biomédicale Les tests de Biocompatibilité Réalisé par: *Benmalek Imen *Lahmar Asma *Daili F.Zohra *Atoussi Sarah *Med.Mohamaden Mr. Mohamed REMARAM

3. 3 5 6 Plan de travail 1 Introduction 2 Biomatériau Biocompatibilité 4 Les tests réalisés L’expérimentation animale Conclusion Générale

4. Introduction • La biocompatibilité est la capacité d'un matériau ou un dispositif de rester biologiquement inactif lors de la période d'implantation. • Le but d'un test de biocompatibilité est de déterminer la toxicité potentielle résultante du contact de l'appareil avec le corps. • Par conséquent, les dispositifs médicaux doivent être testés pour la cytotoxicité, la toxicité spécifique pour les organes cibles, irritation de la sensibilisation de la peau et des muqueuses, hémocompatibilité, les effets d'implantation, génotoxicité, de carcinogénicité, et les effets sur la reproduction.

5. Biomatériau • Un biomatériau est un matériau non vivant utilisé dans un dispositif médical, à des fins thérapeutiques ou non, et appelé à interagir avec les systèmes biologiques.

6. Biocompatibilité Historique • Les biomatériaux ont une histoire longue de plus de mille ans. Les premiers matériaux implantés ont été l’or, l’argent et le cuivre, sans aucune notion de biocompatibilité. • la Conférence de consensus biomatériaux a proposé la définition suivante: • En 1986: « Un matériau non viable, utilisé dans un dispositif médical pour interagir avec les milieux biologiques. ». • Williams a proposé la définitionsuivante: • En 1987: “biocompatibilité est la capacité d'un matériau à jouer avec une réponse de l'hôte appropriée dans une application spécifique” .

7. Définition de la Biocompatibilité • La biocompatibilité est la capacité d’un biomatériau à remplir une fonction spécifique avec une réponse appropriée de l’hôte. • La biocompatibilité a longtemps été synonyme d’inertie du matériau, c’est-à-dire liée à l’absence de réponse de l’hôte et à l’absence de dégradation par l’hôte. • L’or, par exemple, peut être défini comme un matériau biocompatible ou pas en fonction du but dans lequel il est employé : il est considéré comme biocompatible s’il est utilisé pour une restauration coronaire mais ne l’est pas s’il est employé comme implant orthopédique car il n’induit pas, comme le titane, d’ostéointégration.

8. PRINCIPE GENERAUX Une étude de la biocompatibilité a deux objectifs principaux : 1-prouver l'absence vraisemblable d'effet délétère du matériau ou dispositif considéré. 2-accumuler des données prédictives du comportement in vivo du matériau ou dispositif. • Dans la stratégie globale d'évaluation de la biocompatibilité, il faut tenir compte non seulement des caractéristiques et des propriétés (physiques, chimiques, mécaniques et morphologiques) des matériaux, mais aussi de la tolérance de ces matériaux. • La biocompatibilité implique non seulement les réponses des deux composants du système biomatériau-tissu mais également les phénomènes aux interfaces.

9. Les tests réalisés

10. chronologie • Il existe une chronologie des tests réalisés: • Essais primaires: • essais de génotoxicité(in vitro). • essais de cancérogénicité et reproduction(in vivo). • essais d’hémolyse(in vitro). • essais de toxicité systémique (in vivo). • essais de cytotoxicité(in vitro).

11. Essais secondaires: • essais d’irritation muqueuse (in vivo). • essais d’irritation cutanée (in vivo). • essais de sensibilisation(in vivo) (obligatoire en odontologie). • essais d’implantation(in vivo) (obligatoire en odontologie). • Essais d’utilisation chez l’animal:dans les conditions normales d’utilisation du biomatériau. • Essais cliniques chez l’homme

12. Le choix d'un ou plusieurs de ces catégories dépend de la nature de l'échantillon à être évaluer.

13. Genotoxicologie mutagénicité • Ils évaluent les effets des dispositifs médicaux et de leurs produits de dégradation sur les mutations géniques, les changements de structure chromosomique ou toute autre modification des gènes et de l’ADN.

14. Les gènes et les chromosomes  • Les chromosomes sont des structures moléculaires massive trouve dans le noyau de la cellule. • Les chromosomes sont constitués d'ADN ainsi qu'une multitude d'assister à des moléculescomme les protéines et les lipides. • L'ADN double-brin est constituéde quatrerépéter acides nucléiques ou des nucléotides.

15. Mutations • Les agents génotoxiques sont également connus comme mutagènes. • Les mutations sont des modifications de l'ADN qui se traduisent par un gène, c'est à dire mal exprimée. • Les mutations sont des événements naturels, des dizaines se produisent ou centaines de fois par jour dans un organisme.  • La plupart des mutations sont réparées par le toilettage de la cellule et les mécanismes de réparation.Un seul événement mutationnel pourrait devenir uncancer cliniquement décelable dans environ six ans.

16. Les tests de génotoxicité sont beaucoup plus rapides et moins coûteuses: quelques mois et ~ 100.000$, comparativement à 24 mois et ~ 1,000,000$. Il est aussi plus humain parce qu'il ne cause pas de souffrance aux animaux vivants.

17. Essais d’implantation • Études des implants sont utilisés pour déterminer la biocompatibilité des dispositifs médicaux ou biomatériaux directement en contact avec les tissus vivants autres que la peau (par exemple, sutures, dispositifs implantables, etc.). • Ces tests peuvent évaluer les dispositifs, qui, dans l'utilisation clinique, sont destinés à être implantés soit pour un court terme ou à long terme. • Les techniques d'implantation peuvent être utilisés pour évaluer les matériaux résorbables et non résorbables. Pour fournir une évaluation raisonnable de la sécurité, l'étude implant doit se rapprocher de l'usage clinique.

18. Hémocompatibilité • La sélection et la conception de méthodes d'essai pour les interactions des dispositifs médicaux avec le sangdevraient tenir compte de conception de dispositifs, les matériaux, l'utilitéclinique, l'environnementd'utilisationetdes risques et avantages.  • Ce test comprend des essais sur la thrombose, coagulation, plaquettaire, hématologie et système du complément.

19. L’interaction dispositif/sang c’est toute interaction entre le sang ou tout autre composant du sang et un dispositif entraîne des effets sur le sang, ou sur un organe ou un tissu, ou sur le périphérique.

20. Thrombose • Dans le phénomène in vivo entraînant l'occlusion partielle ou complète d'un navire ou d'un dispositif par un thrombus. Un thrombus est composé d'un mélange de globules rouges, plaquettes agrégées, la fibrine et d'autres éléments cellulaires.

21. Coagulation • Phénomène qui résulte de l'activation de la cascade de facteurs de coagulation. • Les facteurs de la coagulation et du système fibrinolytique peuvent être mesurée après l'exposition à des dispositifs in vitro ou in vivo.

22. Hématologie • Etude du sang, y compris la quantification des composants cellulaires et le plasma du sang.

23. Système du complément • Partie du système immunitaire inné, composé de plusieurs protéines plasmatiques y compris les enzymes et les récepteurs cellulaires. Molécules effectrices produites à partir de composants du complément sont impliqués dans l'inflammation, la phagocytose et la lyse cellulaire.

24. Irritation (réactivité intra-cutanée) • La principale Irritation de la peau d'essai doit être considérée pour les dispositifs d'actualité qui ont des contacts externes avec une peau intacte ou violée. • Des muqueuses des tests d'irritation sont recommandées pour les dispositifs qui ont l'extérieur de contact communiquant avec des canaux naturels intacts ou des tissus.

25. Essais de Sensibilisation • Les essais de sensibilisation établit le potentiel de l'article d'essai afin de provoquer une réaction allergénique. • En particulier, le test est destiné à une réaction d'hypersensibilité de type retardé. • Il s'agit d'une réponse immunitaire qui prend quelques jours pour se développer. • Poison IVYest un bon exemple d'une réaction d'hypersensibilité de type retardé.

26. ESSAIS DE TOXICITE SYSTEMIQUE Aiguë • Toxicité systémique (aiguë) évalue le potentiel effets néfastes des dispositifs médicaux sur le corps organes et de tissus qui sont éloignés du site de contact. • Biocompatibilité des matériaux Matrice recommande de tester tous les appareils contact avec le sang. Peut également être utile pour tout autre dispositif que les tissus contacts internes.

27. Test de carcinogénicité • Les études de carcinogénicité des agents chimiques est utilisé la dose maximale tolérée (DMT) ,elle est déterminé à partir des données provenant d’études de toxicité d’une durée de trois mois. • Les produits pharmaceutique ayant une faible toxicité chez les rongeurs, l’utilisation de la DMT peut entraîner l’administration de très fortes doses dans les études de carcinogénicité. ainsi pour des substances génotoxiques.

28. Pour les substances génotoxiques ou pour l'exposition au rayonnement lesquelles il n'est pas toujours possible de définir une dose carcinogène limite . • Les substances non génotoxiques lesquelles il peut exister des doses limites et dont les effets carcinogènes peuvent résulter de modifications physiologiques, les extrapolations linéaires effectuées à partir des effets entraînés par des doses élevées ont été remises en question. On s'interroge donc sur le bien-fondé de l'utilisation des doses auxquelles sont exposés les rongeurs, qui sont considérablement supérieures à celles prévues chez l'être humain, pour déterminer le risque chez ce dernier. Étant donné que ces doses entraînent des modifications physiologiques très importantes chez les espèces testées, les résultats de ces études peuvent ne pas refléter les effets qui résulteraient de l'exposition de l'être humain.

29. Test de toxicité de la reproduction/développement • La toxicité de reproduction et un aspects de la fonction reproductive male et femelle peuvent être étudiées in vitro jusqu’à un certain degré ,et de nombreux composants cellulaires d’organes de reproduction. • La toxicité de développement (tératogénicite) peut être étudiée grâce à des cultures cellulaires utilisant un test sur cellule souche embryonnaire. • Des études préliminaires avaient indiqué que les cellules souches embryonnaires pouvaient prédire la toxicité chez l’homme avec plus de 80 % de précision.

30. Avantages et inconvénients des tests • Les tests in vitro: • Avantages: • plus rapides que les tests in vivo. • moins onéreux. • les tests in vitro permettent d'évaluer séparément les effets biologiques de chacun des composants du matériau. • Inconvénients: • ils n’ont que peu de rapport avec la clinique. • ils sont trop sensibles.

31. Les tests in vivo: • Avantages: • Ils sont beaucoup plus proches de la clinique. • Ils permettent d’évaluer les effets d’un matériau sur des organes loin de l’organe cible. • Ils permettent d’évaluer la toxicité des métabolites. • Inconvénients: • Les tests réalisés sur des animaux de laboratoire peuvent ne pas avoir de rapport avec l’espèce humaine. • Il peut être difficile de simuler la pathologie préexistante (carie, lésion parodontale).

32. L’EXPERIMENTATION ANIMALE

33. Définition • L’expérimentation animale, encore dénommée vivisection, est une méthode appliquée dans le cadre de recherches médicales ou cosmétologiques qui a recours à l’expérimentation sur les animaux dans le but de s’assurer qu’une substance donnée n’est pas dangereuse et peut être administrée avec profit aux hommes, dans une perspective souvent thérapeutique. • Cette méthode repose alors sur le postulat de la similitude de la découverte d’un effet recherché chez l’animal, on en déduira une réaction similaire chez l’homme. • Et le recours à l’expérimentation animale est d’autant plus fréquent que la loi exige qu’avant toute commercialisation les substances potentiellement dangereuses pour l’homme soient préalablement testées afin de prévenir tout risque pour l’homme.

34. On voit là à quel point le sujet de l’expérimentation animale peut être sensible, puisqu’il touche à la fois au médicament - précieux auxiliaire de santé et souvent synonyme d’antidote à la mort, ou du moins à la souffrance - et à la fois à l’animal, sujet réduit à l’état d’objet sacrifié pour le bénéfice des hommes.

35. HISTORIQUE • Mais ce sont les œuvres deGalien(130 - 201) et ses idées sur la physiologie et l'anatomie qui serviront de source dogmatique aux médecins pendant quinze siècles. Ses recommandations de s'appuyer sur l'expérimentation (dissection) et non sur les écrits furent oubliées. • A partir de la Renaissance, l'observation directe et l'expérimentation (chirurgie) vont se développer lentement (Léonard de Vinci, 1452-1519 ; Vésale 1514-1564). La dissection des cadavres d'animaux permettait d'identifier la position des organes. Ces descriptions suppléaient à celles que l'on ne pouvait faire à partir de l'homme, étant donné le tabou sur la dissection des cadavres humains et la rareté des dissections.

36. Puis Harvey(1578 - 1657) pratiqua la vivisection sur l'animal, dans le but de reconnaître sur le vivant les fonctions des organes, puis celles des tissus dont la dissection avait identifié la position sur le cadavre. Harvey fut aussi un des premiers à user de la quantification (mesure du volume sanguin) malgré la difficulté des mesures. • Grâce à ces deux approches, il prouva la circularité du mouvement du sang, concept qui fonda la physiologie moderne.

37. Questions su l’expérimentation animale • A quoi sert ? • Le diagnostic, la prévention et le traitement des maladies ou d'autres anomalies ou de leurs effets, chez l'homme, les animaux vertébrés ou invertébrés ou les plantes y compris les essais d'activité, d'efficacité et de toxicité des médicaments et d'autres substances biologiques et chimiques et de leur compositions. • La détection, l'évaluation et le contrôle ou les modifications des conditions physiologiques chez l'homme, les animaux et les plantes. • Le contrôle de la qualité des denrées alimentaires. • La recherche fondamentale et appliquée. • L’enseignement et la formation. • La protection de l'environnement. • Les enquêtes médico-légales.

38. Pourquoi est-il nécessaire d’utiliser des animaux pour la recherche biologique et médicale ? • Un grand nombre de tests précédemment menés sur des animaux de laboratoire sont effectués actuellement sans recours à l’animal grâce au développement de cultures cellulaires et de la biologie moléculaire, de modèles mathématiques et de méthodes physico-chimiques modernes. • Cependant, le recours à l’animal reste encore indispensable, pour quatre raisons fondamentales:

39. Dans certains cas, ces méthodes alternatives ne fournissent qu’une réponse trop limitée et ne peuvent reproduire toute la complexité d’un organisme vivant .  • L’expérimentation directe chez l’homme, sans l’obtention préalable d’informations chez l’animal, n’est pas défendable, que ce soit sous l’angle éthique, légal ou scientifique .

40. L’utilisation des animaux est à la base de très nombreuses découvertes et reste essentielle pour assurer les progrès qui restent à faire dans la compréhension des maladies et le traitement efficace des malades. Selon une enquête menée auprès de lauréats du Prix Nobel de Médecine ou de Physiologie , l’expérimentation animale s’avère vitale pour le développement des connaissances en physiologie et en médecine .  • L’utilisation des animaux d’expérience reste également indispensable pour la mise au point de nouveaux traitements destinés aux animaux, tant de compagnie que d’élevage.

41. Quels sont les progrès majeurs en médecine humaine et vétérinaire qui ont pu être obtenus grâce à l’expérimentation animale ? • La liste est longue et l’on se limite ici à quelques exemples : la découverte du rôle de l’insuline dans le diabète, du rôle du cholestérol dans les maladies cardio-vasculaires, la mise en évidence de la responsabilité de l’amiante dans l’apparition des cancers ; le développement de nombreux médicaments dans les domaines des maladies cardio-vasculaires, du système nerveux central, de la cancérologie, du diabète, du sida, ... ;la mise au point de nombreux vaccins humains (rage, poliomyélite, diphtérie, rubéole, variole, oreillons, rougeole, hépatites A et B, méningites) et vétérinaires s’adressant à de nombreuses espèces différentes. Pour les chiens et les chats (rage, maladie de Carré, leptospire- se, ...) .

42. Pour les grands animaux : chevaux, bovins et porcins (vaccins contre les infections respiratoires, l’herpès, la peste porcine, ...). N’oublions pas non plus les nombreux vaccins pour la volaille (pseudo-peste, diphtérie, bronchite, ...) ;la maîtrise des techniques chirurgicales réparatrices (chirurgie à cœur ouvert ...) ou des greffes d’organe (reins, cœur, foie, pancréas, ...). • Tous ces progrès importants en médecine humaine ont permis de réduire la mortalité infantile, de diminuer la souffrance liée aux maladies et ont contribué à augmenter notre espèce.  L’importance de l’expérimentation animale peut être illustrée par les travaux des lauréats des Prix Nobel de Médecine ou de Physiologie. Entre 1901 et 2002 le Prix Nobel de Médecine ou de Physiologie a été remis 68 fois à des scientifiques qui ont eu recours à l’expérimentation animale au cours de leurs recherches, ce qui a mené à des découvertes importantes.

43. Pourquoi observe-t-on encore certains effets secondaires avec les médicaments qui ont été étudiés de façon approfondie chez l’animal ? • Lorsqu’un médicament est administré à l’homme, il a fait l’objet d’études réglementaires rigoureuses chez l’animal. Cependant, des effets secondaires non détectés chez l’animal peuvent être mis en évidence chez l’homme dans les cas suivants : • Effets spécifiques à l’homme : par exemple des troubles psychologiques impossibles à détecter chez un animal . • Effets extrêmement rares : ceux observés par exemple chez un sur plusieurs millions de patients. Dans pareils cas, ce n’est qu’après plusieurs années d’utilisation chez l’homme que de tels effets pourront être observés . • Utilisation en dehors des indications du médicament ou interactions médicamenteuses liées à des associations non testées. • Ces limitations partielles ne remettent pas en cause l’intérêt fondamental des études sur animaux.

44. Risques de l’expérimentation animale • Outre le gaspillage des moyens financiers déjà fort limités et l’obtention de résultats trompeurs, l’expérimentation animale comporte de graves risques pour l’homme. • Certains ont délibérément exposé des étudiants et des minorités à des produits chimiques toxiques afin de déterminer le seuil de sécurité à respecter pour l’exposition aux pesticides, d’autres encore ont intentionnellement exposé des milliers de civils non informés à des bactéries mortelles dans le cadre d’expériences sur la guerre biologique, ont injecté des cellules cancéreuses à plusieurs patients séjournant dans des maisons de retraite, ont fait subir à des patients innocents de dangereuses expériences avec des rayons X et ont transplanté, sans la moindre chance de succès, des organes de primates et de porcs dans le corps d’enfants, de malades chroniques et de personnes en situation précaire. Le psychiatre Robert Jay Lifton en déduit que la mentalité d’une «science à tout prix» pourrait bien avoir fourni la justification médicale de l’holocauste.

45. De plus, par le biais de la recherche sur les animaux, des êtres humains ont été exposés à un grand nombre de virus mortels étrangers à l’espèce humaine, provenant des primates. . Près de seize employés de laboratoires ont été tués par le virus de Marbourg et par d’autres virus propres aux singes, et dans certaines colonies américaines de singes, la maladie d’Ebola s’est manifestée à deux reprises. • Plusieurs vaccins contre la polio prélevés sur des cellules rénales de singes ont exposé des millions d’Américains au virus simien 40, qui transforme les cellules humaines in vitro en cellules cancéreuses et qui a été trouvé dans plusieurs types de cancer chez les humains. Sans considération du risque pour la santé publique, des chercheurs ont transplanté des cellules de moelle osseuse de babouins dans le corps d’un patient atteint du SIDA, expérience qui s’est soldée par un échec.

46. En outre, il est possible qu’un grand nombre de virus de babouin que le patient aurait pu transmettre à d’autres personnes aient été mêlés à la moelle osseuse. Il est en effet possible que les expériences sur les animaux aient déclenché l’épidémie du SIDA. Le VIH-1, le principal virus du SIDA, se distingue nettement de tous les autres virus trouvés dans la nature: il existe des preuves selon lesquelles le SIDA résulterait soit de la fabrication du vaccin contre la polio à base de tissus de singe, soit de manipulations dans des laboratoires américains, là où des virus similaires au virus VIH ont été produits dans la recherche sur le cancer et les armes biologiques au début des années 70.

47. Conclusion • La valeur de l’expérimentation animale est fortement exagérée par les milieux qui, pour des raisons purement économiques, ont intérêt à ce qu’elle soit maintenue. L’expérimentation animale se concentrant sur des pathologies artificiellement créées et incluant des variables contradictoires et étant douteuse du fait des différences anatomiques, physiologiques et pathologiques entre les humains et les animaux, elle représente par sa nature une méthode peu valable pour l’examen des processus des maladies humaines. Les milliards de dollars investis chaque année dans l’expérimentation animale trouveraient une utilisation bien plus efficace, effective et humaine s’ils étaient utilisés au profit de la recherche clinique et épidémiologique et des programmes de santé officiels.

48. Conclusion Générale

49. L’évaluation de la biocompatibilité ne peut être faite qu’à partir d’un ensemble de tests. Ces derniers doivent être réalisés mais surtout interprétés par des spécialistes en fonction de la future utilisation clinique du biomatériau. Cela permet d’éviter de rejeter des biomatériaux utilisés avec succès depuis longtemps et qui ne passeraient pas les tests imposés aujourd’hui aux matériaux modernes.

50. MERCI POUR VOTRE ATTENTION