La plupart des gens, lorsqu’ils pensent aux pythons, imaginent l’énorme serpent qui se contracte et avale ses victimes entières. Mais saviez-vous que les pythons retiennent d’abord leur proie avec leurs dents acérées et recourbées vers l’arrière ? Les chercheurs en médecine savent depuis longtemps que ces dents sont parfaites pour saisir les tissus mous plutôt que de les couper, mais personne n’a encore été capable de mettre ce concept en pratique chirurgicale. Au fil des ans, l’imitation de ces dents pour une utilisation en chirurgie a été un sujet de discussion fréquent dans le laboratoire du Dr Stavros Thomopoulos, professeur d’orthopédie et de génie biomédical à l’Université de Columbia.
Sommaire
Le biomimétisme, clé d'une nouvelle étude
Chercheur de premier plan axé sur le développement et la régénération de l'attache tendon-os, Thomopoulos s'intéresse particulièrement à l'avancement de la réparation tendon-os, nécessaire à la réparation de la coiffe des rotateurs et à la reconstruction du ligament croisé antérieur. Dans un article publié aujourd'hui par Progrès scientifiques, son équipe rapporte avoir développé un dispositif inspiré des dents de python en complément de la réparation actuelle des sutures de la coiffe des rotateurs, et a constaté qu'il doublait presque la force de réparation.
« En vieillissant, plus de la moitié d'entre nous souffriront d'une déchirure de la coiffe des rotateurs entraînant des douleurs à l'épaule et une diminution de la mobilité », a déclaré Thomopoulos, qui occupe des postes conjoints à Columbia Engineering et au Vagelos College of Physicians and Surgeons de Columbia en tant que Robert E. Carroll. et professeur Jane Chace Carroll de biomécanique (en chirurgie orthopédique et génie biomédical). « La meilleure intervention médicale est la chirurgie de la coiffe des rotateurs, mais un pourcentage remarquablement élevé de ces réparations échoueront en quelques mois seulement. Notre approche biomimétique suivant la conception des dents de python aide à rattacher plus solidement les tendons à l'os. Le dispositif augmente non seulement la résistance de la réparation, mais peut également être personnalisé en fonction du patient. Nous sommes vraiment enthousiasmés par le potentiel de notre dispositif pour améliorer les soins des blessures de la coiffe des rotateurs.
Blessures de la coiffe des rotateurs
Parmi les blessures aux tendons les plus répandues, les déchirures de la coiffe des rotateurs touchent chaque année plus de 17 millions de personnes aux États-Unis. L'incidence des blessures augmente avec l'âge : plus de 40 % de la population de plus de 65 ans souffre d'une déchirure de la coiffe des rotateurs.
Étant donné que les déchirures de la coiffe des rotateurs se produisent généralement au niveau du site d’insertion tendon-os, la réparation de la coiffe des rotateurs vise à restaurer anatomiquement l’attache du tendon. La réparation chirurgicale est le traitement principal pour restaurer la fonction de l'épaule, avec plus de 600 000 procédures réalisées chaque année aux États-Unis pour un coût de 3 milliards de dollars.
Cependant, la réinsertion réussie du tendon à l'os reste un défi clinique important. Les taux d'échec sont élevés après la chirurgie, et augmentent avec l'âge du patient et la gravité de la déchirure. Ces taux varient de 20 % chez les patients plus jeunes présentant des déchirures mineures à 94 % chez les patients âgés présentant des déchirures massives. L'échec le plus courant des réparations de la coiffe des rotateurs est la déchirure du tendon par suture au niveau des deux ou quatre points de préhension où les forces se concentrent.
Bien que des progrès aient été réalisés dans les techniques de réparation de la coiffe des rotateurs au cours des 20 dernières années, l'approche fondamentale consistant à coudre deux tissus ensemble est restée largement inchangée, s'appuyant toujours sur des sutures transférant la tension aux points de préhension à forte contrainte. Après une opération de réattachement tendon-os, les sutures peuvent déchirer les tendons à ces points de forte contrainte, un phénomène connu sous le nom de « tirage de suture » ou « cheesewiring », conduisant à un espacement ou à une rupture au niveau du site de réparation.
« Nous avons décidé de voir si nous pouvions développer un dispositif imitant la forme des dents d'un python, qui saisirait efficacement les tissus mous sans se déchirer et aiderait à réduire le risque de déchirure du tendon après une réparation de la coiffe des rotateurs », a déclaré Iden Kurtaliaj, responsable de l'étude. auteur principal et ancien doctorant en génie biomédical dans le laboratoire de Thomopoulos.
Le dispositif
L'idée originale de l'équipe était de copier la forme des dents de python, mais ils sont allés beaucoup plus loin, en utilisant des simulations, l'impression 3D et ex vivo Des expériences sur des cadavres ont été menées pour explorer la relation entre la forme des dents et la mécanique de préhension et de coupe. Kurtaliaj a fabriqué une gamme de modèles de dents, optimisé des dents individuelles, des rangées de dents et enfin une rangée de dents spécifique à la coiffe des rotateurs. Le résultat final était un dispositif biomimétique, fabriqué à partir d'une résine biocompatible – un ensemble de dents sur une base incurvée – capable de saisir, et non de couper, le tendon. Les dents sont relativement petites – 3 mm de haut pour une coiffe des rotateurs humaine, soit environ la moitié de la longueur d'une agrafe standard – afin qu'elles ne traversent pas le tendon. La base peut être personnalisée via l'impression 3D pour correspondre à la courbure spécifique au patient de la tête humérale au niveau du site d'attache du tendon supra-épineux (le tendon de la coiffe des rotateurs le plus souvent déchiré).
Nous l'avons conçu spécifiquement pour que les chirurgiens n'aient pas besoin d'abandonner leur approche actuelle : ils peuvent simplement ajouter le dispositif et augmenter la résistance de leur réparation.
Iden Kurtaliaj, auteur principal de l'étude
L'équipe
Kurtaliaj a dirigé la recherche en tant qu'étudiant au doctorat sous le mentorat des Drs Stavros Thomopoulos et Guy Genin, professeur Harold et Kathleen Faught de génie mécanique à l'Université de Washington à Saint-Louis, avec la contribution pour la mise en œuvre clinique du Dr William Levine, président du département de chirurgie orthopédique du Collège des médecins et chirurgiens de l'Université de Columbia.
« En raison de l'étroite collaboration de notre laboratoire avec des chirurgiens orthopédistes, nous avons été particulièrement chanceux de bénéficier de la contribution du Dr Levine, ainsi que d'autres chirurgiens de Columbia, tout au long du processus de développement de la conception du dispositif », a déclaré Thomopoulos.
Prochaines étapes
Les chercheurs travaillent actuellement au développement d'une version bioabsorbable du dispositif qui se dégraderait à mesure que la coiffe des rotateurs se rétablit jusqu'à l'os, améliorant ainsi son applicabilité clinique. Ils se préparent également à une réunion préalable à la soumission avec la FDA pour faciliter la transition de leur appareil sur le marché.
