C’est le premier cartilage synthétique à base d’hydrogel qui mime le cartilage naturel. Un disque minuscule du matériau peut supporter un poids de plus de 100 kilos. Ce gel qui promet d’être suffisamment « fort » pour les genoux apporte une combinaison inimitable de résistance et d’amortissement à la fois. Développé par une équipe de bioingénieurs de l’Université de Duke ce cartilage sous forme d’hydrogel va ouvrir une nouvelle option non invasive aux patients souffrant de douleurs au genou.
Les hydrogels sont explorés comme substituts possibles du cartilage depuis les années 1970 et sont utilisés dans de nombreuses applications médicales, comme les lentilles de contact par exemple ou encore les protections jetables. Ce matériau présente de nombreuses propriétés intéressantes, son aspect « glissant », sa capacité d'absorption des chocs et reste en même temps biocompatible. Mais jusqu'à présent, les hydrogels se sont révélés trop faibles pour être utilisés dans des articulations porteuses comme le genou.
C’est le premier hydrogel capable de remplacer le cartilage naturel.
La combinaison est complexe à reproduire en laboratoire : la couche mince et glissante de cartilage située dans l’articulation du genou est « magique » : à la fois suffisamment solide pour supporter le poids d'une personne, mais suffisamment souple pour amortir l'articulation contre toute une vie de chocs répétés. Ce gel expérimental est décrit comme le premier matériau à reproduire ces deux propriétés de l’articulation. A la fois la surface caoutchouteuse lisse qui recouvre les extrémités des os et leur permet de glisser doucement les uns contre les autres et la capacité d’absorption de forces considérables, à chaque mouvement, évaluées par les auteurs à entre 2 et 3 fois le poids corporel.
Soumis à 100.000 cycles de traction répétée, le matériau a tenu aussi bien que le titane poreux utilisé pour les implants osseux. Frotté contre le cartilage naturel un million de fois, sa surface autolubrifiante lisse et glissante se montre aussi résistante à l'usure que le cartilage naturel et 4 fois plus résistante à l'usure que les implants synthétiques actuellement approuvés.
Le nouveau matériau ressemble à de la gelée tout en étant « incroyablement solide ».
- Composé à 60% d'eau, un seul disque de la taille du cartilage du genou peut supporter 100 kilos, sans se déchirer, ni perdre sa forme initiale.
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Cet hydrogel est capable de résister aux tensions, aux pressions et aux torsions
- sans s'user avec le temps, ce qui est une prouesse technique ;
- il se compose de deux réseaux de polymères entrelacés : l'un fait de fils extensibles de type spaghetti et l'autre plus rigide et en forme de panier ; un maillage de fibres cellulosiques vient renforcer le dispositif ;
- lorsque le gel est étiré, les fibres de cellulose résistent à la traction et aident à maintenir le matériau ensemble. Et lorsqu'il est compressé, les charges négatives le long des chaînes rigides en polymère permettent « au cartilage » de reprendre sa forme d'origine.
C’est donc une toute nouvelle option de traitement pour les millions de personnes qui souffrent d’arthrose du genou et n’auront comme solution, à terme, qu’une chirurgie de remplacement du genou. « C’est le premier hydrogel qui possède les propriétés mécaniques du cartilage », confirme l’auteur principal, le Pr Wiley, professeur de chimie à la Duke.
Les premiers tests de sécurité suggèrent déjà que le matériau n'est pas toxique pour les cellules cultivées en laboratoire, cependant il faudra 3 ans environ pour adapter l’hydrogel à une utilisation en clinique.
Source: Advanced Functional Materials June 26, 2020. DOI: 10.1002/adfm.202003451 A Synthetic Hydrogel Composite with the Mechanical Behavior and Durability of Cartilage
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