De minuscules capteurs implantables aident les chercheurs de l’Université de l’Oregon à optimiser le processus de récupération suite à de graves blessures osseuses.
Les scientifiques du campus Phil et Penny Knight de l'UO pour accélérer l'impact scientifique ont développé des capteurs implantables miniatures qui transmettent des données en temps réel sur ce qui se passe sur le site d'une blessure. Dans une nouvelle étude, ils utilisent cette technologie pour montrer qu’un programme de rééducation par entraînement en résistance peut améliorer considérablement les blessures au fémur chez les rats en seulement huit semaines.
Les capteurs ouvrent une fenêtre sur les propriétés mécaniques de l’os, fournissant ainsi aux scientifiques des données détaillées et continues sur le processus de guérison. S'ils étaient un jour appliqués à l'homme, ces capteurs pourraient permettre aux médecins de mieux adapter un programme de rééducation à un patient individuel, en surveillant ses progrès et en ajustant les exercices en cours de route.
Le travail est une collaboration entre les laboratoires de Bob Guldberg, Nick Willett et Keat Ghee Ong du Knight Campus, et est financé en partie par la Wu Tsai Human Performance Alliance. Les chercheurs décrivent leurs découvertes le 12 décembre dans la revue npj Regenerative Medicine.
Nos données soutiennent la rééducation précoce par résistance en tant que traitement prometteur pour augmenter la formation osseuse, la force de guérison osseuse et favoriser la restauration complète des propriétés mécaniques aux niveaux d'avant la blessure.
Bob Guldberg, directeur du Knight Campus et auteur principal du journal
On sait depuis longtemps que l'exercice post-blessure suit un principe de « Boucle d'or » : trop peu ou trop peut entraver la récupération, tandis qu'une quantité suffisante peut améliorer la guérison.
Identifier le type exact et l’intensité de l’exercice nécessaire pour une meilleure récupération peut être difficile, d’autant plus que cela varie d’un patient à l’autre.
Des capteurs spécialisés développés au Knight Campus pourraient aider à changer cela en ouvrant une fenêtre sur ce qui se passe à l’intérieur d’un os en guérison tout au long de la guérison. Développés à l’origine dans le cadre d’une collaboration entre les laboratoires Ong et Guldberg, ces capteurs ont été encore améliorés par Kylie Williams, récemment diplômée du doctorat.
Avec les capteurs en main, les chercheurs ont cherché à tester si la course contre résistance, qui est un type spécifique d’exercice de récupération, pouvait fournir la stimulation mécanique appropriée pour améliorer la récupération osseuse. Pour ce faire, ils ont construit des freins personnalisés pour les roues d’exercice des rongeurs, qui ont ajouté une résistance semblable à celle d’une augmentation de l’inclinaison sur un tapis roulant.
Les rats présentant des blessures au fémur et des capteurs implantés ont ensuite couru soit sur une roue d'exercice ordinaire, soit sur la roue d'exercice à résistance modifiée. Les capteurs ont transmis des données de contrainte tout au long des exercices, offrant ainsi aux chercheurs un aperçu de l'environnement mécanique des cellules osseuses pendant la récupération.
Au cours de l'étude de huit semaines, les chercheurs ont surveillé le processus de guérison des fémurs blessés et ont découvert que les rats entraînés en résistance présentaient des signes précoces de guérison osseuse par rapport à ceux dans des conditions sédentaires ou sans résistance. À la fin de la période de récupération de huit semaines, tous les groupes – ; sédentaires, sans résistance et entraînés en résistance – ; a montré une guérison osseuse.
Cependant, les animaux entraînés en résistance avaient des tissus plus denses, ce qui indique que la rééducation par résistance a amélioré la formation osseuse. En fait, les os blessés des rats entraînés en résistance présentaient des propriétés mécaniques, telles que le couple et la rigidité, comparables à celles des os non blessés.
Cela indique que l'entraînement en résistance améliore la récupération, même sans médicaments ni stimulants biologiques supplémentaires, a déclaré Guldberg.
Des agents biologiques comme le BMP, une molécule qui favorise la croissance osseuse, sont souvent utilisés dans les études de régénération. Cependant, l'équipe de Guldberg a démontré une récupération fonctionnelle complète grâce au seul entraînement en résistance, soulignant son potentiel d'application clinique.
« L'un des aspects les plus marquants de ce travail est que notre rééducation par résistance pourrait régénérer le fémur à une force normale en huit semaines sans stimulants biologiques, et nous sommes vraiment enthousiasmés par cela », a déclaré Williams, l'auteur principal de l'étude.
L’une des limites de l’étude est que tous les animaux ont reçu un niveau constant de résistance tout au long de l’expérience. Cependant, les chercheurs du laboratoire Guldberg étudient actuellement comment l'augmentation ou la diminution des niveaux d'intensité de rééducation au fil des semaines de guérison peuvent affecter la régénération osseuse.
Bien que la recherche ait été menée sur des rongeurs, l’équipe espère que la rééducation basée sur les données pourra également être utilisée pour améliorer la guérison des patients humains souffrant de blessures musculo-squelettiques. Pour atteindre cet objectif, Penderia Technologies, une start-up de Knight Campus, travaille sur de nouvelles améliorations des capteurs implantables, notamment une conception sans pile et des moniteurs portables pour faciliter leur utilisation chez les patients humains. Après avoir obtenu son diplôme en décembre, Williams rejoindra le Dr Ong et l'équipe grandissante de Penderia pour explorer davantage l'application clinique des capteurs de contrainte précliniques utilisés dans cette étude.
« Nous espérons que ce travail pourra un jour être transposé en milieu clinique, où ces capteurs pourront capturer des mesures personnalisées qui tiennent compte du type et de la gravité des blessures afin d'éclairer au mieux les décisions de réadaptation », a déclaré Guldberg.
