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Des scientifiques de l’Université Northwestern ont développé un nouveau matériau bioactif qui a régénéré avec succès du cartilage de haute qualité dans les articulations du genou d’un modèle animal de grande taille.
Bien qu’il ressemble à une substance caoutchouteuse, le matériau est en fait un réseau complexe de composants moléculaires, qui fonctionnent ensemble pour imiter l’environnement naturel du cartilage dans le corps.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont appliqué le matériau sur le cartilage endommagé des articulations du genou des animaux. En seulement six mois, les chercheurs ont observé des signes de réparation améliorée, notamment la croissance de nouveau cartilage contenant des biopolymères naturels (collagène II et protéoglycanes), qui permettent une résilience mécanique indolore des articulations.
L’étude sera publiée au cours de la semaine du 5 août dans les Proceedings of the National Academy of Sciences.
« Le cartilage est un élément essentiel de nos articulations », a déclaré le Dr Northwestern. Samuel I. Stuppqui a dirigé l’étude. « Lorsque le cartilage est endommagé ou se décompose au fil du temps, cela peut avoir un impact important sur la santé générale et la mobilité des personnes. Le problème est que, chez les humains adultes, le cartilage n’a pas de capacité inhérente à cicatriser. Notre nouvelle thérapie peut induire une réparation dans un tissu qui ne se régénère pas naturellement. Nous pensons que notre traitement pourrait contribuer à répondre à un besoin clinique grave et non satisfait. »
Pionnier de la nanomédecine régénératrice, Stupp est professeur au conseil d’administration de science et d’ingénierie des matériaux, de chimie, de médecine et d’ingénierie biomédicale à Northwestern, où il est directeur fondateur du Institut Simpson Querrey de bionanotechnologie et son centre affilié, le Centre de nanomédecine régénérative. Stupp a des rendez-vous dans le École d’ingénierie McCormick, Collège des Arts et des Sciences de Weinberg et École de médecine FeinbergJacob Lewis, ancien doctorant dans le laboratoire de Stupp, est le premier auteur de l’article.
Qu’y a-t-il dans le matériel ?
La nouvelle étude fait suite à des travaux récemment publiés L’équipe de Stupp a utilisé des « molécules dansantes » pour activer les cellules cartilagineuses humaines afin de stimuler la production de protéines qui construisent la matrice tissulaire. Au lieu d’utiliser des molécules dansantes, la nouvelle étude évalue un biomatériau hybride également développé dans le laboratoire de Stupp. Le nouveau biomatériau comprend deux composants : un peptide bioactif qui se lie au facteur de croissance transformant bêta-1 (TGFb-1) – une protéine essentielle à la croissance et à l’entretien du cartilage – et de l’acide hyaluronique modifié, un polysaccharide naturel présent dans le cartilage et le liquide synovial lubrifiant des articulations.
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« De nombreuses personnes connaissent l’acide hyaluronique car c’est un ingrédient très utilisé dans les produits de soin de la peau », explique Stupp. « On le trouve également naturellement dans de nombreux tissus du corps humain, notamment dans les articulations et le cerveau. Nous l’avons choisi car il ressemble aux polymères naturels présents dans le cartilage. »
Cliniquement pertinent pour les humains
Pour évaluer l’efficacité du matériau dans la croissance du cartilage, les chercheurs l’ont testé sur des moutons présentant des défauts cartilagineux au niveau de l’articulation du grasset, une articulation complexe des membres postérieurs semblable au genou humain. Ces travaux ont été menés dans le laboratoire de Mark Markel à l’École de médecine vétérinaire de l’Université du Wisconsin-Madison.
Selon Stupp, il était essentiel de réaliser des tests sur un modèle ovin. Tout comme les humains, le cartilage des moutons est tenace et incroyablement difficile à régénérer. Les genoux des moutons et des humains présentent également des similitudes en termes de port de poids, de taille et de charges mécaniques.
« Une étude sur un modèle ovin est plus prédictive de l’efficacité du traitement chez l’homme », a déclaré Stupp. « Chez d’autres animaux plus petits, la régénération du cartilage se produit beaucoup plus facilement. »
Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont injecté cette substance épaisse et pâteuse dans des défauts cartilagineux, où elle s’est transformée en une matrice caoutchouteuse. Non seulement un nouveau cartilage s’est formé pour combler le défaut à mesure que l’échafaudage se dégradait, mais le tissu réparé était de qualité systématiquement supérieure à celle du témoin.
Une solution durable
À l’avenir, Stupp imagine que le nouveau matériau pourrait être appliqué aux articulations lors d’interventions chirurgicales ouvertes ou arthroscopiques. La norme de soins actuelle est la chirurgie par microfractures, au cours de laquelle les chirurgiens créent de minuscules fractures dans l’os sous-jacent pour induire une nouvelle croissance du cartilage.
« Le principal problème de l’approche par microfractures est qu’elle entraîne souvent la formation de fibrocartilage – le même cartilage que celui de nos oreilles – au lieu du cartilage hyalin, qui est celui dont nous avons besoin pour avoir des articulations fonctionnelles », a déclaré Stupp. « En régénérant le cartilage hyalin, notre approche devrait être plus résistante à l’usure, ce qui résoudrait le problème de la mauvaise mobilité et des douleurs articulaires à long terme tout en évitant la nécessité d’une reconstruction articulaire avec de gros morceaux de matériel. »
Référence: Stupp SI, Lewis J, et al. Un échafaudage polymère supramoléculaire et covalent bioactif pour la réparation du cartilage dans un modèle de mouton. PNAS. 2024. doi: 10.1073/pnas.2405454121
2024-08-06 11:13:55
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