Un revêtement inspiré des insectes pourrait améliorer les implants osseux et articulaires
Sur cette illustration informatique du revêtement, la zone mauve représente les piliers qui absorbent les bactéries, tandis que les circuits représentent les composants qui détectent les contraintes.
Inspirés par les ailes des libellules et des cigales, des chercheurs ont mis au point un nouveau revêtement pour les implants orthopédiques. Non seulement il détruit les bactéries nocives, mais il surveille également les contraintes subies par le système, ce qui signifie qu’il pourrait avertir d’une défaillance imminente de l’implant.
Le biomimétisme, qui consiste à créer des objets artificiels en s’inspirant des observations du monde naturel, est depuis des années un puissant moteur d’innovation dans la communauté médicale. Nous avons vu un matériau qui pourrait améliorer les implants osseux en s’inspirant des différents types de pores que l’on trouve dans le bois et les cornes d’animaux ; un capteur inspiré du cactus qui peut recueillir la sueur pour l’analyser ; et un revêtement pour les implants cérébraux basé sur les feuilles de la sarracénie carnivore.
Se tournant à nouveau vers la nature pour trouver une solution de revêtement, des chercheurs de l’université de l’Illinois Urbana-Champaign (UI) aux Etats-Unis se sont tournés vers les ailes des libellules et des cigales, qui combattent les bactéries, pour résoudre un problème persistant posé par les implants orthopédiques : l’infection.
Selon Qing Cao, responsable de l’étude et professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’UI, il n’existe pas de moyen adéquat pour traiter les infections qui touchent jusqu’à 10 % des patients porteurs d’implants au niveau de l’implant. Les tentatives actuelles d’utilisation d’ions de métaux lourds pour lutter contre les bactéries peuvent également endommager les tissus avoisinants, explique-t-il, et les implants enduits d’antibiotiques finissent par tomber en panne lorsque les produits chimiques s’épuisent. Ils ne sont pas non plus efficaces pour lutter contre les bactéries résistantes aux antibiotiques, un problème croissant dans le monde médical.
Qing Cao et son équipe ont donc créé une fine feuille d’aluminium pour les implants, dont l’une des faces est constituée de nanopilliers, comme ceux que l’on trouve dans les ailes des insectes. Lorsque les cellules bactériennes entrent en contact avec les piliers, elles sont perforées et meurent.
« L’utilisation d’une approche mécanique pour tuer les bactéries nous a permis de contourner une grande partie des problèmes posés par les approches chimiques, tout en nous donnant la flexibilité nécessaire pour appliquer le revêtement aux surfaces des implants », a déclaré Gee Lau, professeur de pathobiologie et coauteur de l’étude.
Deux pour un
Non contents de résoudre un seul des problèmes liés aux implants orthopédiques, les chercheurs ont réalisé que leur revêtement pouvait en résoudre un autre : la défaillance de l’appareil. Selon Qing Cao, ce problème touche également environ 10 % des patients qui reçoivent des implants.
Ainsi, de l’autre côté du film, les chercheurs ont intégré des microcapteurs flexibles capables de mesurer les contraintes mécaniques exercées sur les implants sur lesquels le revêtement a été appliqué. Selon les chercheurs, cela pourrait non seulement permettre aux médecins de savoir comment le corps guérit autour d’un implant, mais aussi d’envoyer des alertes si la tension exercée sur une articulation artificielle devient trop importante.
Lors d’essais sur des animaux, les revêtements ont donné de bons résultats, repoussant les bactéries chez les souris et renvoyant les signaux de stress des implants rachidiens chez les moutons. Alors que le revêtement actuel nécessite une alimentation électrique externe, les chercheurs indiquent qu’ils travaillent actuellement sur une solution sans fil.
Implant fixé à une vertèbre vertébrale
Le revêtement a été appliqué à un implant vertébral standard chez des moutons, où il a mesuré avec succès les contraintes mécaniquesBeckman Imaging Technology Group
« Ces types de revêtements antibactériens ont de nombreuses applications potentielles, et comme le nôtre utilise un mécanisme mécanique, il peut être utilisé dans des endroits où les produits chimiques ou les ions de métaux lourds – tels que ceux utilisés actuellement dans les revêtements antimicrobiens commerciaux – seraient nuisibles », conclut Ging Cao.
