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Un implant régénérateur conçu par des chercheurs du Centre médical de l’Université du Nebraska et de l’Université du Nebraska-Lincoln pourrait aider à réparer les lésions osseuses profondes consécutives à un traumatisme physique, à une intervention chirurgicale ou à l’ostéoporose.

Un implant biodégradable à base de nanofibres

L’équipe a mis au point un implant biodégradable à base de nanofibres, ou échafaudage, dont la conception pourrait permettre de mieux régénérer les os en guidant efficacement la migration des cellules récupératrices vers le site de la blessure. Lorsqu’il a été implanté chez des rats présentant des défauts osseux, cet échafaudage cylindrique a favorisé la régénération d’un os plus dense, plus volumineux et plus proche du tissu environnant que celui obtenu par de nombreux autres modèles de pointe.

L’implant a stimulé la régénération même sans l’aide de cellules souches d’origine externe ou de facteurs de croissance, qui favorisent la guérison mais peuvent également entraîner des complications réglementaires et des effets secondaires allant de l’inflammation à la formation incontrôlée de tissus.

« Jusqu’à présent, nous n’avons pas trouvé d’échafaudages plus performants que les nôtres », a déclaré Jingwei Xie, professeur de chirurgie et professeur associé d’ingénierie mécanique et des matériaux à l’Université du Nebraska-Lincoln. « La structure est la clé ».

Il est inspiré par un concept mathématique 

S’inspirant d’un concept mathématique du lycée, Xie a entrepris de fabriquer des échafaudages 3D avec des pores plus grands, plus ordonnés et plus faciles à parcourir. Ce concept, appelé solide de révolution, montre comment toute courbe en 2D – un rectangle, un triangle, un cercle – peut être tournée autour d’un axe pour former un solide mathématique. La rotation d’un rectangle forme un cylindre, par exemple, tandis qu’un triangle crée un cône et un cercle une sphère.

L’équipe de Xie a appliqué ce principe en prenant un tapis rectangulaire de nanofibres empilées à l’échelle du millimètre, en utilisant la chaleur pour fixer une extrémité comme le dos d’un livre, puis en immergeant ce tapis dans une solution qui dilate ces fibres. Finalement, l’extrémité libre s’est déployée en éventail pour former un cylindre dont les nanofibres, et les pores associés, rayonnaient à partir du centre comme les rayons d’une roue.

Les chercheurs pensaient que cette disposition radiale encouragerait différents types de cellules, tout autour du site de la blessure, à migrer vers son centre, formant ainsi des réseaux de tissus. Pour le vérifier, ils ont intégré les échafaudages radiaux dans des zones d’os manquant dans la partie supérieure du crâne de rats, et ont évalué la repousse après quatre et huit semaines.

De très bons résultats

Aux deux moments, les échafaudages radiaux avaient régénéré de l’os qui couvrait une plus grande partie des sites des blessures que dans un groupe témoin et un groupe implanté avec des éponges de collagène, un implant couramment utilisé. « Nous avons constaté que les nanofibres alignées radialement peuvent vraiment améliorer la régénération osseuse dans ce scénario, en particulier pour l’os crânien », a déclaré Xie. « Les quatre premières semaines, en particulier, nous avons constaté une différence significative. Elles peuvent commencer à favoriser la régénération osseuse dans un laps de temps très court. »

L’os régénéré contenait davantage de minéraux, tels que le calcium, essentiels à la formation d’un os sain. Il était nettement plus dense et plus épais, ce qui signifie qu’il pouvait aider à traiter les symptômes de l’ostéoporose. Il s’est développé selon un alignement radial très similaire à celui de l’échafaudage, ce qui suggère que les cellules suivaient en fait les pores.

Selon Xie, la promesse d’un implant biodégradable capable de stimuler lui-même une croissance, sans agent biologique externe, pourrait faciliter sa progression vers l’approbation de la FDA. Cela joue également en sa faveur : l’équipe a fabriqué l’implant à partir d’un polyester déjà largement utilisé dans les dispositifs biomédicaux approuvés par la FDA.

S’il est finalement transposé en milieu clinique, cet implant pourrait s’avérer une alternative intéressante aux approches plus traditionnelles, a déclaré Xie. Celles-ci comprennent les allogreffes, qui consistent à implanter des fragments d’os provenant de donneurs, et les autogreffes, qui consistent à prélever un segment d’os sur son propre corps et à le transplanter sur le site de la blessure. Cette dernière méthode nécessite plusieurs interventions chirurgicales et peut, entre autres, réduire la fonctionnalité de l’os prélevé.

Des essais et des expériences sur des animaux de grande taille

Pour faire passer leur concept du banc d’essai au chevet des patients, Xie et ses collègues se concentrent maintenant sur des essais et des expériences sur des animaux de grande taille impliquant les os longs bien nommés – le fémur, la clavicule et autres. Et ils cherchent à affiner encore ce qui les distingue déjà. « Nous essayons toujours d’optimiser la structure », a déclaré Xie. « Maintenant, elle peut favoriser la régénération osseuse, mais je pense que nous pouvons encore l’améliorer sur certains points. »

Cette recherche a été publiée dans Science Advances.

Source : University of Nebraska-Lincoln
Crédit photo : StockPhotoSecrets

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