Ils développent un nouveau biomatériau capable de régénérer le cartilage endommagé des articulations

Il ressemble à une substance caoutchouteuse, bien que le matériau soit en réalité un réseau complexe de composants moléculaires qui travaillent ensemble pour imiter l’environnement naturel du cartilage dans le corps.

Dans la nouvelle étude, publiée dans la revue « Proceedings of the National Academy of Sciences », les chercheurs ont appliqué le matériau sur le cartilage endommagé des articulations du genou des animaux. En seulement six mois, ils ont constaté une amélioration de la réparation, notamment la croissance de nouveaux cartilages contenant des biopolymères naturels (collagène II et protéoglycanes), qui permettent une résistance mécanique sans douleur des articulations.

Les chercheurs affirment qu’avec davantage de travail, le nouveau matériau pourrait un jour potentiellement être utilisé pour prévenir les arthroplasties totales du genoutraiter les maladies dégénératives comme l’arthrose et réparer les blessures liées au sport comme déchirures du ligament croisé antérieur (ACV).

«Le cartilage est un élément fondamental de nos articulations. Lorsque le cartilage est endommagé ou dégradé au fil du temps, cela peut avoir un impact majeur sur la santé globale et la mobilité d’une personne. Le problème est que, chez les humains adultes, le cartilage n’a aucune capacité inhérente à guérir. Notre nouvelle thérapie peut induire une réparation dans les tissus qui ne se régénèrent pas naturellement. “Nous pensons que notre traitement pourrait aider à répondre à un besoin clinique sérieux et non satisfait”, déclare Samuel I. Stupp, de l’Université Northwestern, qui a dirigé l’étude.

La nouvelle étude s’appuie sur des travaux récemment publiés par le laboratoire de Stupp, dans lesquels l’équipe a utilisé des « molécules dansantes » pour activer les cellules du cartilage humain afin de stimuler la production de protéines qui forment la matrice tissulaire. Au lieu d’utiliser des molécules dansantes, le nouveau test évalue un biomatériau hybridedéveloppé par le même laboratoire, composé de deux composants : un peptide bioactif qui se lie au facteur de croissance transformant bêta-1 (TGFb-1), une protéine essentielle à la croissance et au maintien du cartilage, et de l’acide hyaluronique modifié, un polysaccharide naturel présent dans le cartilage et dans le liquide synovial lubrifiant des articulations.

«Beaucoup de gens connaissent l’acide hyaluronique car c’est un ingrédient populaire dans les produits de soins de la peau. On le trouve également naturellement dans de nombreux tissus du corps humain, notamment les articulations et le cerveau. Nous l’avons choisi car il ressemble aux polymères naturels présents dans le cartilage”, explique Stupp.

L’équipe a intégré le peptide bioactif et les particules d’acide hyaluronique chimiquement modifiées pour piloter l’auto-organisation des fibres nanométriques en faisceaux qui imitent l’architecture naturelle du cartilage. L’objectif était créer un échafaudage attrayant afin que les propres cellules du corps régénèrent le tissu cartilagineux. En utilisant des signaux bioactifs dans les fibres nanométriques, le matériau stimule la réparation du cartilage par les cellules qui peuplent la structure.

Pour évaluer l’efficacité du matériau, les chercheurs l’ont testé sur des moutons présentant des défauts au niveau du cartilage de l’articulation du genou, une zone complexe des membres postérieurs. semblable au genou humain. Ce travail a été réalisé dans le laboratoire de Mark Markel de la faculté de médecine vétérinaire de l’Université du Wisconsin-Madison.

Selon Stupp, les tests sur un modèle ovin étaient vitaux car, comme les humains, Le cartilage du mouton est résistant et très difficile à régénérer. Ils présentent également des similitudes dans leur capacité à supporter le poids, la taille et les charges mécaniques.

«Une étude sur un modèle ovin permet de mieux prédire comment le traitement fonctionnera chez l’homme. Chez d’autres animaux plus petits, la régénération du cartilage se produit beaucoup plus facilement », explique Stupp.

Dans l’étude, les chercheurs ont injecté le matériau épais et pâteux dans les défauts du cartilage, où il s’est transformé en une matrice caoutchouteuse. Non seulement le nouveau cartilage s’est développé pour combler le défaut à mesure que l’échafaudage se dégradait, mais le tissu réparé était systématiquement de meilleure qualité par rapport au témoin.

Applications humaines

À l’avenir, Stupp pense que le nouveau matériau pourrait être appliqué aux joints pendant chirurgies arthroscopiques ou articulaires ouvertes. La norme de soins actuelle est la chirurgie par microfracture, au cours de laquelle les chirurgiens créent de petites fractures dans l’os sous-jacent pour induire la croissance d’un nouveau cartilage.

“Le principal problème de la méthode de microfracture est qu’elle entraîne souvent la formation de fibrocartilage (le même cartilage que celui que nous avons dans nos oreilles) au lieu du cartilage hyalin, ce dont nous avons besoin pour avoir des articulations fonctionnelles. En régénérant le cartilage hyalin, notre méthode devrait être plus résistante à l’usure, résolvant ainsi le problème de la mauvaise mobilité et des douleurs articulaires à long terme tout en évitant de devoir reconstruire l’articulation avec de gros morceaux de matériau”, explique Stupp.