La guérison des os cassés pourrait devenir plus facile avec un appareil qui fournit à la fois un échafaudage pour la croissance de l'os et une stimulation électrique pour le pousser vers l'avant, ont rapporté les ingénieurs d'UConn le 27 juin dans le Journal of Nano Energy.
Bien que les fractures osseuses mineures guérissent généralement d'elles-mêmes, les grandes fractures avec des morceaux d'os brisés ou manquants sont plus difficiles à réparer. L'application d'un minuscule champ électrique au site de la fracture pour imiter le champ électrique naturel du corps aide les cellules à se régénérer. Mais les dispositifs médicaux qui le font sont généralement encombrants, reposent sur des fils électriques ou des piles toxiques, nécessitent une intervention chirurgicale de retrait invasif et ne peuvent pas faire grand-chose pour les blessures graves.
Maintenant, un groupe d'ingénieurs biomédicaux d'UConn a développé un échafaudage en polymère non toxique qui génère également un champ électrique contrôlable pour encourager la croissance osseuse. L'échafaudage aide le corps à combler les grandes fractures. Bien que de nombreux scientifiques explorent l'utilisation d'échafaudages pour encourager la croissance osseuse, leur association avec une stimulation électrique est nouvelle.
L'équipe a démontré le dispositif chez des souris présentant des fractures du crâne.
La tension électrique générée par l'échafaudage est très faible, seulement quelques millivolts. Et uniquement pour ce type d'appareil, la tension est générée via des ultrasons télécommandés. Les ultrasons font vibrer l'échafaudage en polymère, ce qui crée ensuite un champ électrique (les matériaux qui créent de l'électricité à partir des vibrations, ou vice versa, sont appelés piézoélectriques.) Pour aider à guérir une fracture de la cuisse, par exemple, l'échafaudage en polymère peut être implanté à travers l'os brisé . Plus tard, la personne avec l'os cassé peut lui-même agiter la baguette ultrasonique sur sa propre cuisse. Pas besoin de piles et pas besoin de chirurgie de retrait invasif une fois que l'os est guéri.
« Le champ électrique est lié au signal naturel généré par votre corps sur le lieu de la blessure. Nous pouvons maintenir cette tension, à la demande et réversible », aussi longtemps que cela est nécessaire en utilisant des ultrasons, explique l'ingénieur biomédical d'UConn Thanh Nguyen. Le polymère piézoélectrique utilisé par Nguyen et ses collègues pour construire l'échafaudage est appelé poly (acide L-lactique), ou PLLA. En plus d'être non toxique et piézoélectrique, le PLLA se dissout progressivement dans le corps au fil du temps, disparaissant avec la croissance du nouvel os.
Le champ électrique créé par l'échafaudage piézoélectrique PLLA semble attirer les cellules osseuses vers le site de la fracture et favoriser les cellules souches pour évoluer en cellules osseuses. Cette technologie peut éventuellement être combinée avec d'autres facteurs pour faciliter la régénération d'autres tissus, comme le cartilage, les muscles ou les nerfs. «
Ritopa Das, étudiante diplômée du groupe Nguyen et première auteure de l'article publié
Actuellement, Nguyen et ses collègues travaillent à rendre le polymère plus favorable à la croissance osseuse, afin qu'il guérisse plus rapidement une grande fracture. Ils essaient également de comprendre pourquoi les champs électriques encouragent la croissance osseuse. L'os lui-même est quelque peu piézoélectrique, générant une charge de surface lorsque l'os est stressé par les activités de la vie quotidienne. Cette charge de surface encourage la croissance de plus d'os. Mais les scientifiques ne savent pas si c'est parce que cela aide les cellules à coller à la surface de l'os, ou si cela rend les cellules elles-mêmes plus actives.
« Une fois que nous avons compris le mécanisme, nous pouvons imaginer une meilleure façon d'améliorer le matériel et l'approche globale de la stimulation tissulaire », explique Nguyen.
Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health.
La source:
Université du Connecticut
Référence de la revue:
Das, R., et al. (2020) Échafaudage de tissu osseux en nanofibres biodégradable comme stimulateur électrique télécommandé et auto-alimenté. Nano Energy. doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105028.
