Les opérations du genou sur le cartilage du ménisque sont une intervention fréquente sur une partie particulièrement complexe du corps humain. Les chercheurs de l’Empa veulent offrir aux cliniciens une base améliorée afin de réduire les risques de l’opération. À l’aide de modèles 3D basés sur des analyses de tomodensitométrie en laboratoire, ils cartographient le réseau de vaisseaux sanguins du ménisque à l’échelle nanométrique.
L’articulation du genou est une réalisation évolutive biomécanique extrêmement complexe. Quiconque y a subi une blessure connaît les épreuves douloureuses de la patience lors du diagnostic et du traitement. Le cartilage ménisque est un acteur non négligeable dans l’orchestre anatomique de l’articulation composée. Des chercheurs de l’Empa créent actuellement une « carte 3D » du précieux cartilage.
Coussin en forme de croissant
En tant que coussin coulissant en forme de croissant, le ménisque absorbe les chocs et permet un mouvement fluide entre le haut et le bas de la jambe. Cependant, les deux ménisques par genou sont susceptibles de s’user et de se blesser. Par exemple, environ un genou sur trois parmi la population âgée de 40 ans et plus présente une usure importante du ménisque, et environ 15 % de tous les accidents de l’articulation du genou impliquent le ménisque. Selon la Suva, ces accidents entraînent à eux seuls des frais de santé annuels de plus de 650 millions de francs suisses en Suisse.
Si une intervention chirurgicale doit être réalisée sur le genou, le ménisque n’est généralement pas un candidat favorable car le tissu dit fibrocartilagineux n’est alimenté en sang que dans certaines sections. Une connaissance précise de ce précieux plexus vasculaire est utile pour améliorer les chances de guérison. Cependant, jusqu’à présent, les informations reposaient sur des images bidimensionnelles de coupes de tissus. Cela signifie que des données précieuses sont perdues, par exemple sur la déformabilité des tissus ou l’interconnexion des vaisseaux.
Nous voulons créer une « carte » tridimensionnelle à travers le ménisque avec une grande précision. »
Federica Orellana, Centre d’analyse des rayons X de l’Empa, Dübendorf
Selon le biophysicien, cela pourrait optimiser le traitement et permettre des thérapies sur mesure dans le sens d’une médecine personnalisée.
En dessous de la limite millimétrique
Avec ce projet financé par le Fonds national suisse (FNS), Federica Orellana et la chercheuse principale du projet Annapaola Parrilli s’efforcent d’atteindre un niveau de précision qui ne peut être atteint avec les équipements hospitaliers. Par rapport à la résolution millimétrique de la tomodensitométrie clinique, les tomographes micro et nano-informatiques des laboratoires de l’Empa peuvent même descendre en dessous de la limite du micromètre. À partir de ces images radiologiques, les chercheurs créent des modèles mathématiques qui peuvent être utilisés pour enregistrer et cartographier la densité, la structure, la déformabilité biomécanique et le réseau vasculaire du cartilage dans l’espace.
En collaboration avec des partenaires cliniques de l’Istituto Ortopedico Rizzoli de Bologne, de l’hôpital cantonal de Winterthur et de l’Université de Zurich, les chercheurs travaillent actuellement avec un grand nombre d’échantillons de laboratoire afin de constituer une base de données aussi significative que possible. Les premières simulations informatiques montrent déjà les veines ramifiées du ménisque avec une précision prometteuse. Les images micro-CT transmettent la complexité structurelle du tissu méniscale et, dans la modélisation mathématique, permettent également d’obtenir des informations supplémentaires telles que la porosité ou l’ampleur de la tortuerie des vaisseaux sanguins.
Federica Orellana travaille actuellement sur un atlas 3D d’échantillons de tissus méniscaux sains. Dans une prochaine étape, des images tomodensitométriques de toutes sortes de blessures et d’usure seront intégrées dans les modèles. Les patients pourraient ainsi recevoir des informations essentielles sur le potentiel d’auto-guérison des tissus directement lors d’un examen et les stratégies de traitement individuel pourraient être optimisées. Le biophysicien souligne que la carte 3D peut être utilisée aussi bien pour les patients accidentés que pour les processus d’usure liés à la vieillesse.
