Pour la plupart des gens, avoir des bavures collées à vos vêtements lors d’une randonnée n’est rien de plus qu’une nuisance, quelque chose à enlever et à jeter une fois rentré chez vous. Mais pour les scientifiques du Center for Engineering MechanoBiology (CEMB), les crochets de ces petits auto-stoppeurs inspirent de nouveaux schémas de suture pour le rattachement chirurgical du tendon à l’os.
Le rattachement tendon-os est nécessaire dans de nombreuses interventions chirurgicales, peut-être le plus souvent dans la réparation des tendons déchirés de la coiffe des rotateurs de l’épaule, une condition qui affectera plus de 30% de la population de plus de 60 ans. Les méthodes de suture actuelles ne parviennent pas à répartir uniformément le stress, conduisant à des taux d’échec pouvant atteindre 94% en raison d’une fixation inefficace et d’une nouvelle déchirure des sutures.
Une équipe de chercheurs dirigée par Guy Genin, co-directeur du CEMB et professeur de génie mécanique Harold et Kathleen Faught à la McKelvey School of Engineering de l’Université de Washington à St. Louis, a développé une nouvelle approche de la suture basée sur la mécanique et l’espacement du système de fixation d’une plante auto-stoppeuse. Leurs stratégies sont prometteuses pour équilibrer les forces entre les sutures, réduire le stress sur la guérison des tendons et potentiellement doubler la force de réparation par rapport aux schémas de suture actuels.
Les résultats ont été publiés le 1er mars dans Actes de la Royal Society A.
Au CEMB, nous réfléchissons constamment aux problèmes critiques de la pratique médicale et travaillons à rassembler des personnes de toutes les disciplines pour travailler sur ces grands problèmes. Lorsque feu la grande Barbara Pickard, une pionnière de la mécanobiologie qui a aidé à fonder le CEMB, a eu ces bavures sur ses chaussettes lors d’une promenade dans le désert, elle ne s’est pas contentée de les jeter ; elle s’est accrochée à cette idée que la nature pouvait fournir de nouvelles solutions dans des endroits inattendus. »
Guy Genin, co-directeur du CEMB et professeur Harold et Kathleen Faught de génie mécanique à la McKelvey School of Engineering, Washington University à St. Louis
Des décennies après la marche de Pickard, elle a partagé son expérience avec les bavures – ; similaire aux plantes d’auto-stoppeur qui ont inspiré la technologie de fermeture auto-agrippante – ; avec Genin et son étudiant diplômé, Ethan D. Hoppe, auteur principal de la nouvelle étude. Pour Genin et Hoppe, ce fut une sorte de moment « eurêka ».
Genin, Hoppe et leurs collaborateurs étudiaient depuis des années le rattachement chirurgical du tendon à l’os. Ils se sont demandé si la méthode d’équilibrage des forces d’une fraise pouvait être utilisée dans la réparation des tissus ?
Pour tester cela, Hoppe a entrepris de cultiver une partie de la plante d’auto-stoppeur que Pickard avait rencontrée, Harpagonella palerme, et analysez la gamme unique de crochets sur ses fruits. Malheureusement, H. palermi ne se trouve que dans quelques parcelles éloignées du désert du sud-ouest. « Votre magasin de jardinage local ne les vend pas », a noté Hoppe.
Après une longue recherche, l’équipe a trouvé le collaborateur Matt Guilliams, systématiste des plantes et conservateur de l’herbier Clifton Smith du jardin botanique de Santa Barbara, qui conserve des espèces végétales indigènes de Californie. « Après que Matt nous ait envoyé certains des fruits qu’il avait récoltés et que nous ayons pu les examiner de près, nous savions que nous avions quelque chose d’intéressant », a déclaré Hoppe. « L’espacement et la rigidité des H.palermiLes bavures étaient inhabituelles, et nous avons cherché à modéliser la manière dont elles s’accrochent aux matériaux souples de manière si fiable. »
Le modèle mathématique développé par l’équipe indiquait un schéma unique qui équilibre les forces.
« Lorsque les chirurgiens réparent quelque chose comme une coiffe des rotateurs, ils enlèvent tous les connecteurs naturels du corps, qui ont évolué pour la tâche complexe de la transition de l’os dur au tendon mou, et mettent en place des sutures qui concentrent la force dans une zone minuscule. C’est ce qui conduit à le taux d’échec élevé que nous constatons pour cette procédure », a déclaré Hoppe. « La nature nous a déjà montré comment des matériaux durs, comme les crochets rigides d’une bavure, peuvent s’attacher très efficacement à des matériaux mous comme des chaussettes ou la fourrure d’un chien. Nous avions juste besoin de faire l’analyse des contraintes pour comprendre comment les bavures se comparent aux sutures et comment cette solution naturelle pourrait être appliquée dans la pratique médicale. »
En effet, la solution de la nature à un problème d’attachement courant peut s’avérer efficace pour surmonter l’un des plus grands défis de la chirurgie orthopédique. L’équipe a constaté que H.palermi des forces équilibrées simplement et efficacement entre les points de fixation, même lorsque les points de connexion étaient relativement peu nombreux et que les matériaux étaient sensiblement différents. À l’aide du modèle mathématique qu’ils ont développé pour évaluer les changements dans la procédure de suture en fonction de la mécanique des plantes auto-stoppeuses, l’équipe évalue actuellement de nouvelles méthodes de suture.
Les tests précliniques des nouvelles méthodes de suture sont déjà en cours dans le laboratoire du co-auteur Stavros Thomopoulos, professeur Robert E. Carroll et Jane Chace Carroll à l’Université de Columbia et directeur des laboratoires Carroll pour la chirurgie orthopédique.
« Nous sommes très enthousiastes à l’idée de mettre en œuvre ce concept dans un contexte chirurgical réel », a déclaré Thomopoulos. « Les expériences actuelles en laboratoire évaluent comment l’espacement des sutures inspiré des plantes auto-stoppeuses affecte la force de réparation de la coiffe des rotateurs. »
Genin et Thomopoulos prévoient que ces techniques améliorées pourraient être utilisées dans la pratique chirurgicale au cours des deux prochaines années.
