Un nouveau matériau hydrogel qui surpasse le cartilage naturel pourrait permettre de meilleures arthroplasties du genou

Les douleurs articulaires sont une affection courante du vieillissement, grâce à la tendance du cartilage à s’user. Maintenant, des chercheurs de l’Université Duke ont développé un nouvel hydrogel plus solide et plus durable que le vrai, ce qui pourrait permettre des implants de genou plus durables.

Le cartilage naturel joue un rôle important dans le rembourrage des articulations, mais malheureusement, il ne se régénère pas très bien après des dommages dus à l’âge ou à une blessure. Les options de traitement actuelles se limitent généralement aux analgésiques, à la physiothérapie ou, si les choses progressent trop loin, à une reconstruction totale du genou. Mais si le nouveau travail de l’équipe Duke se concrétise, une meilleure option pourrait bientôt être disponible.

Doux et flexibles, les hydrogels ont été étudiés comme matériaux potentiels de remplacement du cartilage , mais la plupart d’entre eux ont été trop faibles pour supporter beaucoup de poids. En 2020, l’équipe de Duke a créé un hydrogel qui avait des propriétés aussi bonnes que le cartilage naturel – et maintenant ils ont développé une version qui surpasse la vraie chose.

Le nouvel hydrogel est composé de fibres de cellulose, qui rendent le matériau solide tout en étant étiré, infusé d’alcool polyvinylique qui l’aide à retrouver sa forme d’origine. L’équipe a également modifié sa méthode de fabrication – plutôt que de la congeler et de la décongeler comme la plupart des hydrogels, elle l’a recuit comme du verre, ce qui déclenche davantage la formation de cristaux dans le réseau polymère.

Le résultat final est un hydrogel avec une résistance à la traction (résistant à l’étirement) de 51 mégapascals (MPa) et une résistance à la compression (résistant à la pression) de 98 MPa. C’est une résistance à la traction 26 % plus élevée et une résistance à la compression 66 % plus élevée que le cartilage naturel, selon l’équipe. C’est aussi cinq fois la résistance à la traction et deux fois la résistance à la compression des autres hydrogels fabriqués par congélation et décongélation.

Un échantillon du nouvel hydrogel remplaçant le cartilage, attaché à sa base en titane pour un dispositif implantable

Dans d’autres tests, l’équipe a utilisé une machine pour frotter son cartilage artificiel contre du cartilage naturel un million de fois, sous une pression similaire à celle exercée sur le genou lors de la marche. Et encore une fois, la version artificielle s’est avérée trois fois plus résistante à l’usure que le cartilage naturel.

Les hydrogels ont toujours été difficiles à ancrer à l’os dans une articulation du genou, de sorte que l’équipe a également expérimenté un dispositif implantable pour résoudre ce problème. L’hydrogel est cimenté et serré sur une base en titane, qui est ensuite fixée à un trou laissé par le cartilage endommagé. Celui-ci présentait une résistance au cisaillement de 2 MPa, soit 68 % de plus que la prise du cartilage naturel sur l’os.

L’équipe indique que des implants fabriqués à partir de ce matériau sont actuellement testés sur des moutons, et que des essais cliniques sur l’homme suivront dès avril 2023.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202205662

https://today.duke.edu/2022/08/lab-made-cartilage-gel-outperforms-real-thing