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La fine couche de cartilage glissante entre les os du genou est magique : elle est assez solide pour supporter le poids d’une personne, mais assez souple et douce pour amortir l’articulation contre les chocs, après des décennies d’utilisation répétée. Cette combinaison de souplesse et de résistance a été difficile à reproduire en laboratoire. Mais maintenant, les chercheurs de l’université de Duke affirment avoir créé un gel expérimental qui est le premier à égaler la force et la durabilité du cartilage réel.

Le premier hydrogel qui ne s’use pas

Ce matériau peut ressembler à un lointain cousin de Jell-O, mais il est incroyablement solide. Il est composé à 60% d’eau, mais un seul disque de la taille de 6 millimètres peut supporter le poids d’une bouilloire de 45 kilos sans se déchirer ni perdre sa forme. Ses concepteurs affirment qu’il s’agit du premier hydrogel – des matériaux faits de polymères absorbant l’eau – capable de résister à la traction et aux lourdes charges ainsi que le ferait le cartilage humain, sans s’user avec le temps.
Cependant, le véritable cartilage a également une capacité limitée à se guérir et à se réparer. Une fois qu’il est usé par l’âge, la surutilisation ou un traumatisme, il est difficile à traiter, a déclaré M. Gall, professeur d’ingénierie mécanique et de science des matériaux à Duke. Pour les patients qui souhaitent éviter ou reporter une prothèse de genou qui ne durera peut-être que 20 ans, ce cartilage artificiel peut être utile.
Les hydrogels ont été étudiés pour remplacer le cartilage depuis les années 1970 et sont utilisés dans les lentilles de contact souples et les couches jetables. Les chercheurs sont attirés par ces matériaux en raison de leurs propriétés glissantes et d’absorption des chocs, et parce qu’ils n’endommagent pas les cellules avoisinantes. Mais jusqu’à présent, ils se sont révélés trop faibles pour être utilisés dans les articulations porteuses comme le genou.
L’équipe a changé cela, ce nouvel hydrogel est constitué de deux réseaux de polymères entrelacés : l’un est constitué de brins extensibles de type spaghetti et l’autre est plus rigide et en forme de panier, avec des charges négatives sur toute sa longueur. Ces réseaux sont renforcés par un troisième ingrédient, un maillage de fibres de cellulose.

Aussi résistant que le vrai cartilage

Lorsque ce gel est étiré, les fibres de cellulose résistent à la traction et aident à maintenir le matériau ensemble. Et lorsqu’il est pressé, les charges négatives le long des chaînes de polymères rigides se repoussent et adhèrent à l’eau, l’aidant à reprendre sa forme initiale. Lorsque les chercheurs ont comparé le matériau résultant à d’autres hydrogels, le leur était le seul à être aussi solide que le vrai cartilage, à la fois sous l’effet de l’écrasement et de l’étirement.
Lors d’une autre expérience, l’équipe l’a soumis à 100 000 cycles de traction répétée, et ce matériau a résisté tout aussi bien que le titane poreux utilisé pour les implants osseux, « ce qui a dépassé nos attentes initiales », a déclaré le coauteur William Koshut.
Les premiers tests de sécurité suggèrent que ce matériau n’est pas toxique pour les cellules cultivées en laboratoire. L’étape suivante consiste à concevoir un implant qu’ils peuvent tester sur des moutons. Mais l’équipe affirme qu’à terme, cette recherche pourrait offrir de nouvelles options aux personnes souffrant de douleurs au genou, et leur permettre de recommencer à faire les choses qu’elles aiment sans les longues périodes de récupération associées à la réparation du cartilage ou à la chirurgie de remplacement du genou.
Cette recherche a été publiée dans Advanced Functional Materials.
Source : Duke University
Crédit photo : Pexels