L’os crânien du corps humain remplit des fonctions très importantes, comme protéger le cerveau et permettre le passage des nerfs crâniens essentiels au fonctionnement physiologique. Des anomalies crâniennes de taille critique peuvent perturber le bien-être physique et psychologique des patients. La restauration d’anomalies crâniennes de taille critique par cranioplastie est un défi pour les chirurgiens reconstructeurs, qui préfèrent utiliser des greffes osseuses autologues. L’acquisition d’os autologue nécessite des interventions chirurgicales supplémentaires concomitantes à des risques tels que la perte du lambeau libre, l’infection, la thrombose veineuse profonde et les lésions nerveuses. Ces limitations nécessitent le développement d’alternatives aux greffes osseuses autologues pour la restauration des défauts crâniens.
Les biomatériaux imitant la composition et la microstructure de l’os naturel sont largement reconnus comme étant idéaux pour la régénération des défauts osseux. Les os crâniens sont principalement composés de phosphate de calcium et sont des os plats typiques, généralement fins et larges avec une surface aplatie ou incurvée. L’os plat possède deux tables compactes externes en os cortical. La région située entre les deux tables s’appelle le diploe, qui est composé d’os spongieux. L’os cortical a une faible porosité (5 % à 10 %) avec des pores en forme de tube interconnectés, appelés canaux Haversiens et canaux Volkmann. L’os spongieux est composé de trabécules irrégulières ressemblant à des éponges avec une surface spécifique élevée et la courbure moyenne de la surface des trabécules est proche de zéro. Les caractéristiques architecturales de l’os spongieux sont similaires à celles de la topologie des pores à surface minimale triplement périodique (TMPS) de type gyroïde.
Inspirés par la composition et les caractéristiques structurelles des os crâniens, des scientifiques de l’Université et de technologie de Chine du Sud ont développé deux échafaudages biocéramiques de phosphate β-tricalcique mimétiques d’os plats (Gyr-Comp et Gyr-Tub) par impression 3D basée sur la photopolymérisation en cuve de haute précision. . Les deux échafaudages avaient deux couches externes et une couche interne avec des pores gyroïdes imitant la structure diploe. Les couches externes des échafaudages Gyr-Comp simulaient la faible porosité des tables extérieures, tandis que celles des échafaudages Gyr-Tub imitaient la structure des pores tubulaires des tables des os plats. Les échafaudages Gyr-Comp et Gyr-Tub possédaient une résistance à la compression plus élevée et favorisaient sensiblement la prolifération cellulaire in vitro, la différenciation ostéogénique et les activités angiogéniques par rapport aux échafaudages conventionnels dotés de structures hachurées. Après implantation dans des anomalies crâniennes de lapin pendant 12 semaines, Gyr-Tub a obtenu les meilleurs effets réparateurs en accélérant la génération de tissus osseux et de vaisseaux sanguins. Les échafaudages Gyr-Tub ont de grandes perspectives pour traiter les défauts osseux crâniens dans les applications cliniques. Ce travail fournit une stratégie avancée pour préparer des biomatériaux biomimétiques qui répondent aux besoins structurels et fonctionnels d’une régénération osseuse efficace.