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4 Fév, 2024

Un « bandage osseux » piézoélectrique guérit les os fissurés plus rapidement

Un « bandage osseux » piézoélectrique guérit les os fissurés plus rapidement

Un nouveau « bandage osseux » a pu régénérer les os endommagés chez la souris

Les chercheurs ont réussi à régénérer les os du crâne endommagés chez la souris en créant un échafaudage biomimétique autonome qui combine une structure piézoélectrique et les propriétés favorisant la croissance d’un minéral naturel. Le nouveau « bandage osseux » présente de nombreuses applications potentielles pour la régénération osseuse et la médecine régénérative en général.

Les matériaux piézoélectriques génèrent une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique appliquée. L’os est un matériau piézoélectrique. Parce qu’ils possèdent un microenvironnement électrique, les signaux électriques jouent un rôle important dans le processus de réparation osseuse, ce qui peut favoriser efficacement la régénération osseuse. Cependant, la régénération osseuse est un processus complexe qui repose sur des composants mécaniques, électriques et biologiques.

Les stratégies actuelles de régénération osseuse, telles que les greffes ou les échafaudages qui libèrent des facteurs de croissance, présentent des limites, telles que des complications au niveau du site donneur, une disponibilité limitée et un coût élevé. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Institut avancé des sciences et technologies de Corée (KAIST) ont développé une approche pionnière de la régénération osseuse qui combine la piézoélectricité et un minéral naturellement présent dans les os.

L’hydroxyapatite (HAp), un minéral présent dans les os et les dents, joue un rôle dans la résistance structurelle et la régénération des os. Il est couramment ajouté au dentifrice pour reminéraliser l’émail des dents et fortifier les dents. Des études ont montré que l’HAp améliore l’ostéogenèse (formation osseuse) et fournit un support pour la croissance osseuse. Il possède également des propriétés piézoélectriques et une surface rugueuse, ce qui en fait un candidat idéal pour créer des échafaudages sur lesquels faire pousser des os.

Ainsi, les chercheurs ont fabriqué un échafaudage biomimétique autonome, intégrant HAp dans la structure piézoélectrique du polyfluorure de vinylidène- co -trifluoroéthylène (P(VDF-TrFE)), un film polymère. L’échafaudage indépendant, qui génère des signaux électriques lorsqu’une pression est appliquée, distingue cette approche des recherches précédentes combinant HAp et P (VDF-TrFE), limitées aux revêtements sur prothèses métalliques. Selon eux, l’approche nouvelle des chercheurs fournit une plate-forme polyvalente pour la régénération osseuse au-delà des applications liées à la surface.

La comparaison d’échafaudages avec et sans HAp in vitro a montré que l’attachement des cellules sur les échafaudages HAp était de 10 à 15 % plus élevé. Après cinq jours de culture cellulaire, la prolifération cellulaire était de 20 à 30 % plus élevée et les niveaux d’ostéogenèse étaient environ 30 à 40 % plus élevés sur les échafaudages HAp. Les résultats suggèrent que HAp maximise les propriétés piézoélectriques de l’échafaudage et crée un environnement similaire à la matrice extracellulaire du corps, le composant non cellulaire de tous les tissus qui fournit la structure physique essentielle et les signaux importants requis pour la régénération des tissus.

(d) Images micro-CT montrant la régénération osseuse dans des crânes de souris utilisant différents échafaudages et (e) volume et surface osseux 2, 4 et 6 semaines après l’implantation de l’échafaudage

Les chercheurs ont ensuite testé leurs échafaudages HAp/P(VDF-TrFE) sur des souris, en les plaçant sur des défauts des os du crâne (calvaria) des animaux. Les échafaudages ont été maintenus pendant six semaines sans déformation. Toutes les souris ont survécu ; aucun événement indésirable n’a été observé, y compris aucune infection ou réponse inflammatoire. Après deux, quatre et six semaines d’implantation, la régénération osseuse était significativement améliorée chez les souris équipées d’échafaudages HAp, par rapport à l’absence de formation osseuse dans les groupes témoins.

« Nous avons développé un matériau composite piézoélectrique à base de HAp qui peut agir comme un ‘bandage osseux’ grâce à sa capacité à accélérer la régénération osseuse », a déclaré Seungbum Hong, l’un des auteurs correspondants de l’étude. « Cette recherche suggère non seulement une nouvelle direction pour la conception de biomatériaux, mais est également importante dans la mesure où elle a exploré les effets de la piézoélectricité et des propriétés de surface sur la régénération osseuse. »

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c12575

https://news.kaist.ac.kr/newsen/html/news/?mode=V&mng_no=34790