Un nouvel hydrogel imitant le cartilage pourrait rendre les opérations du genou plus faciles et plus efficaces.

Selon des scientifiques, un tout nouveau matériau de type hydrogel qui imite le cartilage, pourrait rendre les opérations des genoux bien plus simples à effectuer, en améliorant également l’efficacité sur le long terme : en effet, cet hydrogel est imprimable en 3D et peut être ajusté de manière précise pour chaque genou, de façon individuelle.

La nouvelle recherche se concentre sur les deux amortisseurs vitaux en fibrocartilage situés à l’intérieur du genou, connus sous le nom de ménisques, afin de pouvoir les remplacer en cas de besoin. Mais afin que l’opération soit un succès, le corps humain nécessite un matériau ayant les bonnes propriétés ainsi qu’une forme adéquate.

Il s’agit d’un défi que les scientifiques de l’Université de Duke ont décidé de surmonter, en démontrant qu’un hydrogel approprié imitant le cartilage pouvait être créé par une imprimante 3D.

Les blessures aux genoux sont souvent complexes et très problématiques, alors si cet hydrogel pouvait être reproduit sur une plus grande échelle, les chirurgies associées seraient bien plus simples et moins onéreuses à l’avenir. « Il est très facile maintenant pour quiconque d’imprimer en 3D quelque chose d’assez proche, de par ses propriétés mécaniques, du cartilage, le tout lors d’un processus relativement simple et peu coûteux », explique l’un des chercheurs, Benjamin Wiley.

Chacun de nos genoux possède deux ménisques (un ménisque interne et un ménisque externe). Le ménisque est un cartilage situé entre le fémur et le tibia mais ne s’interpose pas complètement entre ces deux os, laissant donc persister un contact entre le cartilage du fémur et du tibia. En plus de son rôle d’amortisseur, il sert de cale, stabilisant le genou. Les lésions méniscales entraînent une marche douloureuse et augmentent les risques d’arthrose.

Le problème est que les implants d’aujourd’hui ne sont pas aussi solides ou élastiques que les vrais ménisques, et n’aident parfois en rien à la guérison du genou. De plus, le ménisque est composé de deux couches complémentaires (un milieu plus rigide et une couche extérieure souple), ce qui complique encore plus les tentatives de développement d’un matériau adéquat, pouvant être imprimé en 3D à partir d’un seul et même matériau.

Afin d’y parvenir, les scientifiques ont combiné un hydrogel solide et un hydrogel extensible, afin de tenter d’obtenir un matériau aussi similaire que possible au cartilage. L’équipe a également ajouté une argile nanoparticulaire, afin de permettre une certaine souplesse lors de l’application de contraintes mécaniques, mais également afin de rendre le durcissement du matériau plus rapide. « Les deux réseaux sont tissés l’un dans l’autre », explique un autre membre de l’équipe, Feichen Yang. « Et cela rend ce matériau extrêmement solide », ajoute-t-il.

Les scientifiques se penchent de plus en plus sur l’idée d’utiliser des hydrogels comme celui-ci pour remplacer le cartilage. « La forme est un élément important pour le ménisque », explique Wiley. « Celui-ci est soumis à une importante pression, et si il ne convient pas parfaitement au niveau de la forme, il pourrait glisser, être invalidant ou très douloureux », ajoute-t-il.

processus d'impression 3d menisque genoux cartilage

Le processus d’impression 3D. Crédits : Feichen Yang

Grâce à la tomographie par ordinateur (CT) ou l’imagerie par résonance magnétique (IRM), les médecins peuvent déterminer la manière dont les implants doivent être conçus, puis transmettre ces informations à une imprimante 3D.

Les chercheurs admettent que le domaine de recherche est encore « nouveau », mais la démonstration révèle l’énorme potentiel des hydrogels et pourrait fortement simplifier ces lourdes opérations à l’avenir. En effet, nous savons à présent qu’il est possible de développer grâce à des impressions 3D, des hydrogels ayant des propriétés similaires à celles du cartilage.

Grâce aux futures recherches dans ce domaine, des matériaux imprimables encore plus proches des tissus humains pourraient être développés. « J’espère que le fait de démontrer la facilité avec laquelle cela peut être fait, inspirera beaucoup d’autres chercheurs intéressées par la création d’hydrogels plus réalistes », conclut Wiley.

Sources : ACS Biomaterials Science and Engineering, Duke University

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