Le cartilage synthétique est désormais plus résistant que le vrai cartilage

Le cartilage synthétique a été fabriqué à partir de fibres de cellulose – la substance que l’on trouve dans le bois – mélangées à une substance appelée alcool polyvinylique.

Des chercheurs de l’université de Duke ont créé un cartilage synthétique plus solide et plus résistant que le vrai cartilage. Selon eux, il s’agit du premier gel artificiel à y parvenir.

Le matériau, appelé Ormi-CFC, pourrait être à la base d’implants de nouvelle génération qui pourraient soulager la douleur et les problèmes de mobilité des personnes souffrant du genou, y compris les plus de 32 millions d’adultes aux États-Unis souffrant d’arthrose – la raison la plus courante de la chirurgie de remplacement du genou, selon la clinique Mayo.

Bien qu’il s’agisse d’une méthode éprouvée pour soulager la douleur, le remplacement du genou s’accompagne de tous les risques inhérents aux interventions chirurgicales, tels que l’infection, et nécessite une rééducation physique, le tout pour des implants qui devront être remplacés à nouveau.

Mais un implant plus résistant que le cartilage naturel pourrait constituer une alternative durable.

L’objectif d’Ormi-CFC “est de retarder la nécessité d’un remplacement du genou”, explique à Freethink Benjamin Wiley, professeur de chimie à Duke, qui a codirigé l’équipe avec Ken Gall, professeur de génie mécanique et de science des matériaux à Duke. “En remplaçant le cartilage endommagé et l’os enflammé, nous espérons retarder la dégradation supplémentaire de l’articulation.”

Cela pourrait constituer un “changement spectaculaire” dans le traitement des personnes à ce stade de l’arthrose, a déclaré Wiley dans un communiqué.

“Des chercheurs de l’université de Duke ont créé un hydrogel de cartilage synthétique qui est plus résistant et plus élastique que le vrai cartilage.”

Les premiers implants utilisant ce cartilage synthétique sont actuellement développés et testés sur des moutons par Sparta Biomedical ; Wiley et Gall ont tous deux une participation dans cette société.

“Cet implant est destiné aux personnes souffrant de douleurs au genou, mais pour lesquelles la zone endommagée n’est pas assez étendue pour nécessiter une prothèse totale du genou”, explique Wiley à Freethink.

“Il n’existe actuellement aucune bonne solution pour ce groupe de personnes.”

Les défis du cartilage : Le cartilage est un tissu résistant et malléable que l’on trouve, entre autres, dans le nez, la trachée et, bien sûr, les articulations.

Lorsque le cartilage de vos articulations s’use, la douleur peut être débilitante.

À l’intérieur de vos articulations, le cartilage remplit trois fonctions essentielles : Il amortit les os, agissant comme un absorbeur de chocs ; il lubrifie les articulations et réduit les frottements, permettant aux os de se déplacer en douceur les uns par rapport aux autres ; et il contribue à fournir un soutien structurel aux articulations lors des mouvements et sert de point d’ancrage, reliant les tendons, les muscles et les ligaments aux os.

Dans le cas de l’arthrose, ce cartilage essentiel se dégrade, ce qui entraîne un certain nombre de conséquences néfastes, notamment la douleur, la limitation des activités et du travail, l’isolement social et la dépression.

Une fois usé, le cartilage ne se répare pas très bien, en raison du manque de vaisseaux sanguins, a expliqué le Dr Wiley.

Lorsque cela se produit à l’intérieur de vos genoux, une prothèse de genou peut devenir la seule solution efficace.

Surpasser la nature : Le cartilage synthétique de l’équipe de Duke, publié dans Advanced Functional Materials, a été fabriqué à partir de fines feuilles de fibres de cellulose – la substance contenue dans le bois, les feuilles ou d’autres matières végétales. Les fibres ont été recouvertes d’une substance appelée “alcool polyvinylique” pour créer un hydrogel.

Ces fibres simulent les fibres de collagène du cartilage, a expliqué M. Wiley, tandis que le gel l’aide à reprendre sa forme initiale.

“C’est vraiment hors normes en termes de résistance de l’hydrogel”.
BENJAMIN WILEY

Le cartilage naturel peut résister à 5 800 et 8 500 livres par pouce de “tiraillement et d’écrasement”, comme le dit Duke, respectivement. Le nouveau gel de l’équipe est 26 % plus résistant que le vrai cartilage lorsqu’il est tiré, et 66 % plus résistant lorsqu’il est écrasé.

“Il est vraiment hors norme en termes de résistance de l’hydrogel”, a déclaré Wiley. Pour créer un meilleur remplacement du cartilage, il a fallu relever deux défis techniques difficiles.

Construire un meilleur corps : La plupart des hydrogels sont renforcés par la congélation et la décongélation répétées du gel, formant des cristaux à l’intérieur qui repoussent l’eau et aident les chaînes de polymères à mieux se maintenir ensemble.

Mais l’équipe de Duke a adopté l’approche exactement inverse.

Au lieu de congeler leur cartilage synthétique, les chercheurs l’ont chauffé, en augmentant la température avant de le laisser refroidir lentement, un processus appelé recuit. Le gel recuit crée encore plus de cristaux, ce qui lui permet de supporter cinq fois plus de contraintes de traction et presque deux fois plus de contraintes de compression que les gels congelés-décongelés.

Cependant, même si vous fabriquez un gel super résistant, la création d’implants de genou présente un autre défi de taille : faire en sorte que le produit adhère correctement.

“Les essais cliniques des implants utilisant l’hydrogel devraient commencer au printemps 2023.”

Selon Duke, des études antérieures ont montré que les implants en hydrogel ont tendance à glisser ou à se détacher lorsqu’ils sont fixés directement à l’os. Au lieu de cela, l’hydrogel de l’équipe peut être fixé à une base en titane qui est ancrée dans un trou.

Un test de stress consistant à frotter le gel contre du cartilage naturel à une pression similaire à celle exercée sur le genou pendant la marche a montré que le cartilage synthétique était en fait trois fois plus résistant à l’usure que le cartilage naturel, rapporte le New Atlas.

Prochaines étapes : Avant de pouvoir être implanté chez des patients, le cartilage synthétique devra être testé cliniquement sur des personnes pour s’assurer d’abord de sa sécurité et de son efficacité. À terme, l’hydrogel pourrait également être utilisé dans les prothèses totales de genou, mais il devra d’abord faire ses preuves dans des applications plus petites, explique Wiley à Freethink.

Les essais cliniques pourraient commencer dès avril 2023.

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Source : Big Think – Traduit par Anguille sous roche