N'importe quel sportif le sait : le genou est l'une des articulations les plus sollicitées du corps. Songez qu'à chaque impact avec le sol lors de la course, la contrainte s'exerçant sur le genou est égale de trois à huit fois le poids du corps ! Mais après des traumatismes répétés, le surpoids ou l'âge, le cartilage du genou s'use et ne joue plus son rôle d'amortisseur. En France, 80.000 à 90.000 prothèses du genou sont implantées chaque année. Mais ces prothèses en métalmétal ont une duréedurée de vie limitée (maximum 20 ans) et entraînent souvent une baisse de mobilité. Depuis plusieurs années, les chercheurs essayent donc de mettre au point des hydrogels capables de remplacer l'articulation. Un objectif difficile, car le gelgel doit à la fois être suffisamment solidesolide pour supporter le poids du corps et suffisamment souple et glissant pour servir d'amortisseur. C'est justement ces qualités a priori opposées qu'ont réussi à combiner les chercheurs de l'université de Duke, en Caroline du Nord (États-Unis).

La surface des os qui forment l’articulation du genou est recouverte de cartilage, un tissu élastique qui permet aux os de « glisser » entre eux, d’amortir le choc et de supporter le poids du corps. L’arthrose du genou, qui résulte de l’âge, de contraintes répétées, de l’obésité ou de facteurs génétiques, engendre une dégradation irréversible du cartilage, qui devient alors mince et irrégulier. La friction des os les uns contre les autres engendre des douleurs, une perte de flexibilité et des risques de déformation osseuse. © reineg, Adobe Stock

Étiré 100.000 fois sans se déformer ou se déchirer

« Un disque de la taille d'une pièce de monnaie, bien que composé à 60 % d'eau, est capable de supporter un poids de 45 kilos », assurent ainsi Feichen Yang et ses collègues, dans leur article publié dans Advanced Functional Materials. Lors de tests, le disque a pu être étiré 100.000 fois sans se déformer ou se déchirer, une résistancerésistance mécanique comparable à celle des prothèses en titanetitane actuellement utilisées. Il est aussi extrêmement résistant à l'usure et non toxique pour les cellules environnantes, rapporte l'université.

Un disque de ce cartilage synthétique de deux centimètres permet de supporter un poids de 45 kg. © Feichen Yang

Un réseau de polymères entrelacés

Le secret de ce nouvel hydrogelhydrogel, qui ressemble à une sorte de disque gélatineux, réside dans sa structure. Il est composé de deux réseaux de brins de polymèrespolymères entrelacés, l'un très extensible en forme de « spaghetti », l'autre plus rigide en forme de « panier » et parcouru de charges négatives. Le premier confère au matériaumatériau sa solidité, tandis que le deuxième sert à résister à la compression, les charges négatives se repoussant mutuellement. Le tout est renforcé par un troisième maillage de nanofibres de cellulosecellulose, qui renforcent la structure et l'empêchent de se déchirer quand on l'étire. « C'est cette combinaison de trois composants qui donne cette structure à la fois flexible et rigide », indique Feichen Yang, principal auteur de l'étude.

Il faudra néanmoins attendre au moins trois ans avant de profiter de ces prothèses nouvelle génération, avertissent les auteurs. Ces derniers vont notamment mener des tests chez le mouton pour vérifier la viabilité de leur concept.

Des ménisques imprimés en 3D pour sauver les genoux des sportifs

Article de Relaxnews publié le 26/12/2014

Des chercheurs de l'université de ColumbiaColumbia aux États-Unis ont réussi à implanterimplanter du cartilage imprimé en 3D à des moutons, une avancée qui pourrait rapidement bénéficier à l'homme.

Le ménisque est un petit cartilage en forme de C situé entre le fémur et le tibiatibia, chaque genou en compte deux. Les lésions méniscales sont l'une des blessures du genou les plus communes. À ce jour, il n'existe pas de moyen pour régénérer des ménisques abîmés. Dans les cas les plus graves, l'ablationablation est préconisée, ce qui scelle définitivement la fin de la carrière des sportifs qui se retrouvent sans ce précieux amortisseur entre le fémur et le tibia, selon le directeur d'une étude publiée dans la version en ligne de Science Translational Medicine, le professeur Jeremy Mao.

Par le passé, des équipes de chercheurs ont essayé de remplacer les ménisques endommagés par des tissus provenant d'autres parties du corps ou de personnes décédées, mais les résultats n'ont pas été concluants et de telles procédures sont jugées très risquées par la communauté médicale.

Un ménisque en cours d’impression 3D. Ce type de technique est en plein essor en médecine. © Lab of Dr Jeremy Mao

Un ménisque imprimé en 30 minutes

C'est pourquoi le docteur Mao s'est tourné vers l'impression 3D. Grâce à des scans de ménisques intacts de moutons réalisés par IRMIRM, le chercheur les a converti en image 3D, pour ensuite les programmer dans une imprimante 3D. En l'espace de 30 minutes, celle-ci a réussi à produire une prothèse imitant la forme exacte du cartilage. À noter que les ménisques de mouton sont très proches de ceux de l'Homme.

La consistance de la prothèse se rapproche aussi de celle du vrai ménisque grâce au polycaprolactone, un polyester biodégradablebiodégradable utilisé dans la composition du fil chirurgical. Pour que le corps ne rejette pas cet implantimplant, les chercheurs ont par ailleurs ajouté des protéinesprotéines humaines à sa composition. Une fois l'implant chirurgical réalisé dans le genou du mouton, le docteur Mao et son équipe ont noté que le ménisque se régénérait en quatre à six semaines, la prothèse se dissolvait et était éliminée naturellement par le corps.

L'expérience a été menée sur 11 moutons, ils marchaient tous normalement trois mois après l'intervention chirurgicale.