Les greffes osseuses imprimées au laser pourraient révolutionner la guérison osseuse

Une équipe d'ingénieurs de l'ETH Zurich a dévoilé une méthode plus efficace et pratique pour créer des greffes osseuses. Leur approche utilise de nouveaux matériaux et l'impression laser pour permettre un processus plus rapide. récupération avec moins de risques. Voici ce que vous devez savoir.

Pourquoi les fractures osseuses sont-elles en augmentation ?

Vous avez probablement déjà connu quelqu'un qui s'est cassé un os. Qu'il s'agisse d'accidents d'enfance ou de traumatismes graves, tous ces incidents nécessitent des soins médicaux pour assurer la guérison de l'os. guérit correctement.

Malheureusement, le nombre de personnes souffrant de fractures osseuses a augmenté de façon constante dans le monde. Cette augmentation est liée au vieillissement de la génération des baby-boomers. Selon les rapports de Fondation internationale de l'ostéoporose (IOF) Les statistiques montrent que plus de 37 millions de fractures de fragilité ont été enregistrées l'an dernier chez les personnes âgées, et cette tendance devrait se poursuivre parallèlement au vieillissement de la population.

Comment les os guérissent naturellement

Le corps humain est incroyable : il peut guérir lui-même les fractures et les lésions légères. Pour ce faire, il déploie d’abord diverses cellules des tissus mous dans la zone endommagée. Ces cellules temporaires servent de support, permettant à la nouvelle formation osseuse de se développer et de se solidifier.

Ce succès s'explique en partie par la combinaison unique de canaux et d'espaces microscopiques présents dans l'os. De façon impressionnante, des études montrent qu'un minuscule fragment d'os, plus petit qu'une pièce de 25 cents, peut contenir plus de 54 kilomètres de tunnels microscopiques.

Quand les fractures osseuses nécessitent une intervention chirurgicale

Il existe des cas où la fracture est si grave que le corps humain est incapable de cicatriser sans l'aide de professionnels de santé. Plus précisément, les fractures ouvertes graves nécessitent une ostéosynthèse par broches et implants métalliques.

De plus, l'ablation de toute tumeur peut entraîner la disparition d'une partie de l'os. Les médecins doivent combler ce manque osseux pour assurer une bonne consolidation. Dans certains cas, une greffe osseuse est réalisée à partir d'un échantillon prélevé sur le patient.

Auto-greffes

L'autogreffe est la méthode la plus courante utilisée par les professionnels de santé pour traiter cette situation. Elle peut prendre différentes formes, les plus fréquentes utilisant l'os du patient, la céramique ou le métal.

Problèmes liés aux autogreffes

Les autogreffes peuvent améliorer le processus de guérison, mais elles ne sont pas sans inconvénients. En effet, elles nécessitent une intervention chirurgicale supplémentaire pour prélever le tissu osseux qui servira à la greffe. Cette étape engendre des coûts et des risques supplémentaires, ainsi que des délais et le besoin de faire appel à d'autres professionnels.

Percée de l'ETH Zurich dans la greffe osseuse imprimée au laser

L'article scientifique «Un macrothiol PVA hydrosoluble permet la microfabrication à deux photons de structures d'hydrogel interactives avec les cellules à 400 mm s−1”¹ L'article publié dans Advanced Materials met en lumière une approche totalement inédite qui pourrait révolutionner les soins de santé à l'avenir.

Microfabrication 2PP

Pour accomplir leur tâche, qui consistait à créer des greffes de meilleure qualité et plus stables, l'équipe s'est tournée vers une méthode connue sous le nom de Polymérisation à deux photons (2PP)Initialement développée comme une technique d'écriture laser directe utilisée en ingénierie tissulaire et en développement de médicaments, elle repose sur des impulsions laser femtoseconde.

Ces minuscules lasers de haute intensité servent à durcir des matériaux photosensibles spécifiques. L'avantage de cette approche réside dans sa capacité à permettre aux ingénieurs de développer des architectures 3D haute résolution à l'échelle du (sub)micron. C'est cette dernière capacité qui a retenu l'attention du professeur Xiao-Hua Qin, spécialiste du génie des biomatériaux à l'ETH Zurich, et de son équipe.

Un nouvel hydrogel était nécessaire

Imiter le matrice extracellulaire (ECM) L'étude d'un être humain est une tâche complexe, exigeant une précision inégalée par les stratégies 2PP traditionnelles. Les chercheurs ont constaté que l'utilisation d'un laser à double photon permet de focaliser la réaction photochimique avec exactitude sur une zone unique, offrant ainsi un contrôle bien supérieur aux approches utilisant un seul laser.

Cependant, le gel n'était ni assez rigide pour prendre forme, ni assez réactif pour rester en place. Pour remédier à ces problèmes, l'équipe s'est concentrée sur la création d'un nouvel hydrogel.

Il est à noter que la méthode actuelle de fabrication de prothèses 2PP utilise un hydrogel contenant des protéines (méth)acrylatées. Des agents de réticulation thiol hydrosolubles commerciaux, comme le dithiothréitol, sont couramment utilisés. Ces protéines ne possèdent pas les mécanismes de réticulation robustes nécessaires à la croissance osseuse.

La source - ETH Zurich

Ce matériau ne permet pas d'atteindre le niveau de complexité requis pour la fabrication d'os humains, et lors de ses essais, de nombreux défauts structurels ont été constatés. Traditionnellement, l'augmentation de la concentration du polymère aurait été la solution, mais l'équipe a opté pour une autre approche.

Agent de réticulation thiol PVA (PVASH)

Les ingénieurs ont opté pour la conception d'un hydrogel entièrement nouveau afin d'atteindre leurs objectifs. Cet hydrogel hydrosoluble à base de réticulant macromoléculaire thiol d'alcool polyvinylique (PVASH) utilise des molécules spécifiques pour garantir sa stabilité et son caractère non invasif.

Plus précisément, l'équipe a mélangé du PVASH avec du PVA fonctionnalisé au norbornène (nPVA) comme première étape du procédé. L'étape suivante a consisté à ajouter des photo-initiateurs pour garantir le bon déroulement du processus laser.

Le principal changement apporté par cette approche réside dans l'introduction de plusieurs groupes réactifs. Cette stratégie permet au gel de durcir plus rapidement et plus complètement sous l'effet du rayonnement laser. Elle a également permis aux chercheurs d'utiliser une molécule pour lier la chaîne polymère et une autre pour assurer la réaction photochimique.

Impression laser

L'utilisation de l'impression laser constitue un atout majeur, permettant aux ingénieurs de reproduire des structures osseuses naturelles avec des détails d'une finesse remarquable, de l'ordre de 500 nanomètres. L'équipe a notamment utilisé un laser de 20 mW pour cette application.

Cette capacité microscopique garantit que les structures osseuses présentent des cavités et des voies de passage naturelles. De plus, ces dispositifs peuvent être préprogrammés et implantés à une vitesse impressionnante de 400 millimètres par seconde. Ce rythme constitue un nouveau record mondial et souligne l'importance de cette avancée pour accélérer la convalescence des patients.

Micro-échafaudages

Ce matériau semble capable de reproduire la complexité de l'os humain au point que les cellules entament immédiatement le processus de cicatrisation traditionnel. De plus, les kilomètres de tunnels et de passages microscopiques offrent une adhésion optimale, favorisant ainsi la croissance de cellules saines.

Tests en laboratoire d'échafaudages osseux imprimés au laser

Les scientifiques ont mené plusieurs expériences en laboratoire pour vérifier si leur théorie se vérifiait en conditions réelles. Notamment, les ingénieurs ont été ravis de constater que les études in vitro montraient une croissance cellulaire rapide.

Plus précisément, l'hydrogel a été imprimé selon une structure personnalisée et, en quelques jours, l'organisme a commencé à produire du collagène, une étape cruciale de la croissance osseuse. Les ingénieurs ont également profité de cette période pour observer la désintégration du polymère dans l'organisme et ont constaté qu'il est totalement inoffensif.

Ils ont ensuite consacré du temps à évaluer leur hydrogel et les molécules de réticulation thiol-ène. Ils ont constaté que leurs performances dépassaient leurs attentes, permettant une réparation solide et naturelle du tissu endommagé en un temps plus court qu'avec d'autres méthodes.

Résultats des tests de greffes osseuses imprimées au laser

Les résultats des tests soulignent l'importance de ces travaux pour le secteur de la santé. Les scientifiques ont constaté une amélioration considérable à chaque étape du processus. De la préparation du greffon à l'intégration cellulaire, en passant par la biodégradation de l'échafaudage, les travaux des chercheurs se sont avérés précis, permettant la formation de cellules osseuses cicatrisées identiques à celles produites naturellement.

Avantages des greffes osseuses imprimées au laser

Ce nouvel hydrogel présente de nombreux avantages. Il offre notamment une plus grande flexibilité en termes de structure et de positionnement. Les hydrogels traditionnels ne sont pas modelables. L'ajout de molécules de liaison supplémentaires lui confère une stabilité accrue, permettant un moulage direct adapté aux besoins de chaque personne.

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Fidelity

Un autre avantage majeur, non négligeable, réside dans la fidélité accrue qu'offre cette approche. Les nouveaux hydrogels à base de PVASH offrent aux ingénieurs un plus large éventail de possibilités en termes de conception et de complexité globale de la structure à l'échelle microscopique.

Meilleure réponse des patients

Bien que les scientifiques n'aient mené que des essais en laboratoire, ils ont constaté que le processus de cicatrisation avec cette nouvelle stratégie entraînait une réduction significative de l'œdème. Cette réduction est due à la biocompatibilité de l'hydrogel, mieux toléré par les cellules du corps que les matériaux métalliques ou céramiques.

Applications concrètes et chronologie :

Cette découverte pourrait trouver des applications concrètes dans de nombreux secteurs. Son utilisation la plus évidente se situe dans le domaine de la santé, où elle pourrait contribuer à réduire les coûts et le temps de convalescence des patients souffrant de fractures.

Prothèses

Cette technologie pourrait à terme permettre de créer des prothèses plus réalistes, qui ressembleraient à de vraies parties du corps, tant au toucher qu'à la vue, plutôt qu'à des substituts. Elle pourrait jeter les bases et, dans un scénario idéal, laisser la croissance cellulaire faire le reste.

Robotique

Le marché de la robotique pourrait également tirer parti de cette technologie pour concevoir des modèles biomécaniques plus performants. Ces unités pourraient combiner cellules vivantes, structures et dispositifs mécaniques afin de créer des machines plus efficaces et plus performantes à l'avenir.

Forum

Il faudra probablement au moins dix ans avant que cette technologie soit suffisamment mature pour être utilisée par l'homme. La recherche n'en est qu'à ses débuts et, malgré les nombreux succès obtenus jusqu'à présent, de nombreux obstacles scientifiques et réglementaires restent à surmonter avant que cette technologie ne se généralise.

Chercheurs en greffes osseuses imprimées au laser

Des chercheurs de l'ETH Zurich ont dirigé le Greffes osseuses imprimées au laser Cette étude, dont les premiers auteurs sont Xiao-Hua Qin et Ralph Müller, a bénéficié du soutien de Wanwan Qiu, Margherita Bernero, Muja Emilie Ye, Xianjun Yang et Philipp Fisch.

A venir

L'avenir des greffes osseuses imprimées au laser reste incertain. Cette technologie est prometteuse et semble prometteuse. Cependant, de nombreux tests restent à réaliser, notamment des essais cliniques.

La prochaine étape consistera à passer aux tests sur les animaux. Les scientifiques ont déjà annoncé un partenariat stratégique avec Institut de recherche AO de Davos afin de faciliter cette prochaine étape de développement. En fonction des résultats de cet essai, la recherche se poursuivra avec des essais cliniques sur des patients.

Investir dans l'innovation en technologies de la santé

Plusieurs entreprises continuent de stimuler l'innovation dans le secteur des technologies de la santé. Ces sociétés ont démontré leur volonté de trouver des solutions novatrices à ce problème crucial. Voici une entreprise pionnière sur le marché qu'il est important de connaître.

Xtant Medical Holdings

Xtant Medical Holdings a vu le jour sous le nom de Bacterin International au sein du laboratoire de l'Université d'État du Montana au début des années 90. L'objectif du projet était de mener des recherches sur de meilleures pratiques médicales, en particulier sur les implants de médecine régénérative.

Xtant Medical Holdings a changé de nom en 2000 et, en 2006, a lancé une gamme d'implants chirurgicaux. Ces produits ont suscité un vif intérêt et, en 2013, la société a réalisé une introduction en bourse réussie. Parallèlement, elle a commencé à acquérir d'autres entreprises de recherche sur la régénération osseuse, comme X-spine en 2016.

En 2020, Xtant a réorienté ses activités vers la reconstruction de la colonne vertébrale. Dans le cadre de cette stratégie, l'entreprise a poursuivi sa politique d'acquisitions et de partenariats stratégiques. Depuis, elle s'est de nouveau diversifiée dans d'autres domaines de la médecine régénérative osseuse.

Aujourd'hui, Xtant est reconnue comme l'une des entreprises leaders mondiales en orthobiologie. La société propose plusieurs produits conçus pour améliorer la prise en charge des patients et continue d'investir dans le développement de solutions toujours plus performantes. Les entreprises de technologies médicales réputées devraient se renseigner davantage sur les produits et services proposés par Xtant.

Dernières nouvelles et performances de Xtant Medical Holdings (XTNT)

Conclusion sur les greffes osseuses imprimées au laser

Il est facile de comprendre pourquoi il existe une forte volonté de trouver une meilleure solution pour les patients souffrant de lésions osseuses complexes comme spinal Les traumatismes sont de plus en plus fréquents avec le vieillissement de la population. Ces travaux pourraient donc jeter les bases de stratégies de guérison plus rapides et plus efficaces.

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Références

^{1. Qiu, W., Bernero, M., Ye, ME, Yang, X., Fisch, P., Müller, R., et Qin, XH. Un macrothiol PVA hydrosoluble permet la microfabrication à deux photons de structures d'hydrogel interactives avec des cellules à 400 mm s−1. Advanced Materials, e10834. https://doi.org/10.1002/adma.202510834}