Les scientifiques de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud ont réalisé des progrès significatifs dans le développement d’échafaudages imprimés en 3D qui imitent fidèlement les propriétés mécaniques de l’os naturel. Cette avancée majeure répond à un défi de longue date en médecine : créer des remplacements osseux artificiels qui fonctionnent aussi bien, voire mieux, que les implants métalliques ou les greffes osseuses existants. Les nouveaux échafaudages présentent une résistance, une porosité et une dynamique des fluides supérieures, rapprochant ainsi la régénération osseuse fonctionnelle de la réalité.
Le problème des remplacements osseux actuels
Les méthodes traditionnelles de réparation des os endommagés reposent souvent sur des implants métalliques ou des greffes osseuses. Les implants métalliques, bien que solides, peuvent être trop rigides et stresser les tissus environnants. Les greffes osseuses, prélevées sur d’autres parties du corps du patient ou sur des donneurs, sont limitées en disponibilité et comportent des risques de rejet ou d’infection. L’impression 3D offre un moyen de contourner ces limitations, mais la reproduction de la structure complexe de l’os s’avère difficile.
L’os naturel est à la fois léger et solide, avec une structure poreuse qui soutient la croissance cellulaire et la circulation des fluides. Les premières tentatives d’échafaudages imprimés en 3D n’ont souvent pas réussi à équilibrer ces qualités, soit s’effondrant sous la pression, soit manquant de la porosité nécessaire à l’intégration des tissus.
Imitant le design de la nature
Les chercheurs ont surmonté cet obstacle en étudiant l’architecture osseuse naturelle. Les vrais os ne sont pas uniformes ; il passe progressivement de régions denses et porteuses à des zones plus légères ressemblant à des éponges. L’équipe a reproduit cette structure graduée en utilisant de l’acide polylactique (PLA), un plastique biocompatible et biodégradable.
“Nous avons utilisé une approche de conception inspirée de l’os naturel. Dans l’os, la structure passe progressivement de zones denses à des zones plus ouvertes. Nous avons recréé cette idée en imprimant des échafaudages avec des structures graduées dans différentes directions.” – Dr Juan Pablo Escobedo-Diaz
Les échafaudages résultants, avec une porosité d’environ 55 %, ont montré des performances remarquables lors des tests mécaniques. Ils étaient 60 % plus résistants et 16 % plus rigides sous des impacts soudains par rapport à une pression lente et constante, ce qui les rend potentiellement idéaux pour les implants porteurs. La direction de la structure graduée a également influencé les modèles de fracture, offrant ainsi aux concepteurs un autre moyen d’affiner les propriétés des matériaux.
Écoulement des fluides et implications futures
Il est important de noter que les fluides circulaient à travers les échafaudages d’une manière qui ressemble beaucoup à l’os naturel, ce qui est essentiel à l’apport de nutriments et à l’élimination des déchets pendant la guérison. Bien que ces échafaudages ne possèdent pas encore la capacité d’auto-guérison ou d’adaptation des os vivants, ils représentent un pas en avant majeur.
Les chercheurs prévoient une utilisation clinique d’ici 5 à 10 ans, en attendant des tests supplémentaires et des approbations réglementaires. Dans un premier temps, ils pourraient être utilisés dans la recherche et dans la modélisation spécifique au patient, conduisant éventuellement au remplacement de défauts osseux importants dans des zones telles que le fémur. L’équipe se concentre désormais sur des conceptions biomimétiques qui reproduisent plus fidèlement les structures osseuses naturelles, y compris des modèles et des gradations complexes.
Cette recherche met en évidence le potentiel de l’impression 3D pour révolutionner la régénération osseuse, offrant un avenir dans lequel les implants artificiels peuvent non seulement soutenir, mais également s’intégrer aux processus naturels de guérison du corps.
