L’avenir de la réparation osseuse pourrait être un « pistolet à colle »
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Résumé: Des chercheurs coréens et américains ont modifié un pistolet à colle pour imprimer des greffons osseux. Ils pourraient être imprimés en 3D directement sur les fractures et les lésions osseuses pendant une intervention chirurgicale. L'outil a déjà été testé sur des lapins, où l'équipe a pu créer rapidement des implants osseux complexes sans avoir à fabriquer de pièces préfabriquées. De plus, l'équipe a fabriqué ces greffons avec une grande flexibilité structurelle, ainsi que la capacité de libérer des antibiotiques anti-inflammatoires et de favoriser la repousse osseuse naturelle au site de greffe. Il est important de noter que nos méthodes actuelles de fixation osseuse utilisent soit du métal, de l'os de donneur, soit des matériaux imprimés en 3D pour réparer la fracture – autant de matériaux qui nécessitent du temps de fabrication ou de préparation en cas de fractures osseuses irrégulières. Dans cette nouvelle étude, l'équipe a pu imprimer in situ, en utilisant une caractéristique de l'os naturel connue pour favoriser la cicatrisation et un plastique biocompatible, et en les mélangeant pour obtenir une « colle » qui se lie et épouse les sillons irréguliers d'un os fracturé.
Un « pistolet à colle » imprimé en 3D peut générer des greffes osseuses directement sur les fractures chez les animaux
Des scientifiques ont développé un outil, fabriqué à partir d'un pistolet à colle modifié, permettant d'imprimer en 3D des greffes osseuses directement sur les fractures et les lésions lors d'une intervention chirurgicale. Cet outil, décrit le 5 septembre dans la revue Device de Cell Press, a été testé sur des lapins pour créer rapidement des implants osseux complexes sans préfabrication préalable. De plus, l'équipe a optimisé les greffes imprimées en 3D pour une grande flexibilité structurelle, la libération d'antibiotiques anti-inflammatoires et la promotion de la repousse osseuse naturelle au site de greffe.
Historiquement, les implants osseux étaient fabriqués en métal, en os de donneur ou, plus récemment, en matériau imprimé en 3D. Cependant, en cas de fractures osseuses irrégulières, ces implants doivent être conçus et fabriqués avant l'intervention chirurgicale afin de permettre un ajustement optimal.
« Notre technologie propose une approche unique en développant un système d'impression in situ permettant la fabrication et l'application en temps réel d'un support directement sur le site chirurgical », explique Jung Seung Lee, co-auteur et professeur associé de génie biomédical à l'Université Sungkyunkwan. « Cela permet une correspondance anatomique très précise, même en cas de défauts irréguliers ou complexes, sans nécessiter de préparation préopératoire telle que l'imagerie, la modélisation et le découpage. »
Le matériau introduit dans le pistolet à colle est un filament composé de deux composants principaux : l'hydroxyapatite (HA), une substance osseuse naturelle reconnue pour favoriser la cicatrisation, et le polycaprolactone (PCL), un thermoplastique biocompatible. Le PCL peut se liquéfier à des températures allant jusqu'à 60 °C. Appliqué à l'aide d'un pistolet à colle thermo-modifié, il est suffisamment froid pour éviter toute lésion tissulaire lors de l'intervention chirurgicale tout en épousant les sillons irréguliers de l'os fracturé. En ajustant la proportion d'HA et de PCL dans le filament, l'équipe peut personnaliser la dureté et la résistance des greffons pour répondre aux différents besoins anatomiques.
« Grâce à la compacité et à la commande manuelle de l'appareil, le chirurgien peut ajuster la direction, l'angle et la profondeur d'impression en temps réel pendant l'intervention », explique Lee. « Nous avons également démontré que ce processus pouvait être réalisé en quelques minutes. Cela constitue un avantage significatif en termes de réduction du temps opératoire et d'amélioration de l'efficacité de la procédure en conditions chirurgicales réelles. »
L'infection étant un problème fréquent avec les implants chirurgicaux, les chercheurs ont incorporé de la vancomycine et de la gentamicine, deux composés antibactériens, au filament. En culture en boîte de Petri et en milieu liquide, l'échafaudage du filament a inhibé avec succès la croissance d' E. coli et de S. aureas , deux bactéries fréquemment responsables d'infections postopératoires. Grâce aux propriétés physiques de l'HA et du PCL contenus dans le filament, les médicaments sont libérés lentement et peuvent diffuser directement sur le site chirurgical pendant plusieurs semaines.
« Cette approche d’administration localisée offre des avantages cliniques significatifs par rapport à l’administration systémique d’antibiotiques en réduisant potentiellement les effets secondaires et en limitant le développement de la résistance aux antibiotiques, tout en protégeant efficacement contre l’infection postopératoire », commente Jung Seung Lee.
À titre de preuve de concept, le dispositif a été testé sur des fractures fémorales sévères chez le lapin. Douze semaines après l'intervention, l'équipe n'a constaté aucun signe d'infection ou de nécrose et a obtenu de meilleurs résultats en matière de régénération osseuse que chez les lapins greffés avec du ciment osseux, un produit de scellement couramment utilisé pour traiter les lésions osseuses.
« L'échafaudage a été conçu non seulement pour s'intégrer biologiquement au tissu osseux environnant, mais aussi pour se dégrader progressivement au fil du temps et être remplacé par de l'os néoformé », assure Jung Seung Lee. « Les résultats ont montré que le groupe d'impression présentait de meilleurs résultats sur des paramètres structurels clés tels que la surface osseuse, l'épaisseur corticale et le moment d'inertie polaire, suggérant une cicatrisation et une intégration osseuses plus efficaces. »
L’équipe s’efforce ensuite d’optimiser encore davantage le potentiel antibactérien de l’échafaudage et de préparer la procédure pour des essais sur l’homme.
« L'adoption clinique nécessitera des procédés de fabrication standardisés, des protocoles de stérilisation validés et des études précliniques sur de grands modèles animaux afin de satisfaire aux normes d'approbation réglementaire », conclut Jung Seung Lee. « Si ces étapes sont franchies avec succès, nous envisageons que cette approche devienne une solution pratique et immédiate pour la réparation osseuse directement au bloc opératoire. »
https://www.scimex.org/newsfeed/the-future-of-bone-repairs-might-be-a-glue-gun