Gel Cartilagineux Assez Fort pour les genoux artificiels

Le cartilage humain est un matériau complexe — suffisamment solide pour prendre beaucoup de poids, mais aussi suffisamment flexible pour amortir l’impact sur les articulations et s’étirer et se tordre dans différentes directions.

Cette complexité explique pourquoi les chercheurs ont été mis au défi de trouver une alternative artificielle viable au cartilage en laboratoire. Cependant, des chercheurs de l’Université Duke pensent qu’ils se sont approchés d’un nouveau gel qui peut correspondre à la fois à la résistance et à la durabilité du matériau humain.

Le matériau développé par l’équipe Duke est un hydrogel — un matériau composé de polymères absorbant l’eau – similaire au cartilage humain en ce sens qu’il peut supporter de lourdes charges et des torsions sans usure significative au fil du temps, a déclaré Ben Wiley, professeur à Duke et scientifique des matériaux qui a codirigé les travaux avec son collègue Ken Gall.

« Nous avons entrepris de fabriquer le premier hydrogel ayant les propriétés mécaniques du cartilage », a déclaré Wiley à propos des objectifs de l’équipe pour leur projet.

Bien que le cartilage soit effectivement dur, les années d’usure — en particulier chez les athlètes ou ceux qui pratiquent beaucoup de sports — sont difficiles à réparer. Les chercheurs imaginent que le gel peut être utilisé pour remplacer le cartilage endommagé chez les personnes qui ont besoin de remplacer le cartilage autour des articulations telles que les genoux — ou toute l’articulation elle—même – mais qui souhaitent reporter une intervention chirurgicale sérieuse aussi longtemps que possible.

Le nouvel hydrogel mis au point par les chercheurs est composé de deux réseaux de polymères entrelacés. L’un est fait de brins flexibles similaires aux spaghettis, tandis que l’autre est plus rigide; les deux ont des charges négatives sur toute leur longueur. Le troisième élément du matériau est un maillage de fibres de cellulose qui renforcent les deux autres matériaux.

« Seule cette combinaison des trois composants est à la fois flexible et rigide et donc solide », a déclaré Feichen Yang, l’un des chercheurs du projet qui a obtenu un doctorat en chimie dans le laboratoire de Wiley, dans un communiqué de presse.

Comme la gelée, mais plus forte

La capacité du matériau à travailler comme du cartilage repose sur deux réactions clés à la pression. La première est que lorsque le gel est étiré, les fibres de cellulose résistent à la traction et aident à maintenir le matériau ensemble.

Alternativement, lorsque l’hydrogel est pressé, les charges négatives le long des chaînes polymères rigides se repoussent et adhèrent à l’eau. Cette réaction aide le matériau à retrouver sa forme d’origine.

En apparence, le matériau ne ressemble pas au Jell-O, bien que le dessert populaire n’ait rien sur l’hydrogel en termes de résistance. Même si le gel contient 60% d’eau, un disque de la taille d’un quart peut supporter environ 100 livres de poids sans se déchirer ni perdre sa forme.

L’équipe a publié un article sur ses travaux dans la revue Advanced Functional Materials.

Les chercheurs ont effectué divers tests pour prouver les performances du matériau. Dans l’un d’eux, les chercheurs l’ont soumis à 100 000 cycles de traction répétée, avec des résultats surprenants, ont-ils déclaré. Le matériau était tout aussi durable que le titane poreux utilisé pour les implants osseux.

Dans une autre expérience, l’équipe a frotté le nouveau matériau contre le cartilage naturel un million de fois. Les résultats ont montré que la surface de l’hydrogel est aussi résistante à l’usure que la réalité et quatre fois plus résistante à l’usure que les implants de cartilage synthétique actuellement approuvés par la FDA pour être utilisés dans le gros orteil.

Bien qu’il faudra encore au moins trois ans avant que les tests de laboratoire puissent passer aux essais cliniques, les chercheurs prévoient continuer à développer le matériel. Leur prochaine étape sera de créer un implant qu’ils pourront tester chez des moutons.

Elizabeth Montalbano est une rédactrice indépendante qui écrit sur la technologie et la culture depuis plus de 20 ans. Elle a vécu et travaillé comme journaliste professionnelle à Phoenix, San Francisco et New York. Pendant son temps libre, elle aime le surf, les voyages, la musique, le yoga et la cuisine. Elle réside actuellement dans un village sur la côte sud-ouest du Portugal.

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