L’objectif des biomatériaux de nouvelle génération est d’entraîner les tissus humains à se guérir eux-mêmes – The Irish Times

Lorsque la chirurgie de la hanche et du genou est devenue populaire à partir des années 1960, les chirurgiens et les patients ont dû être très reconnaissants de son potentiel transformateur pour soulager la douleur chronique et redonner aux gens le mouvement et la mobilité qu’ils avaient perdus dans leurs articulations endommagées.

Mais aujourd’hui, des développements tout aussi passionnants se produisent alors que les chercheurs en génie biomédical cherchent à rajeunir le cartilage et les disques intervertébraux endommagés avec des biomatériaux implantables ou injectables qui entraînent les tissus corporels à se régénérer.

Daniel Kelly, professeur d’ingénierie tissulaire au Trinity College de Dublin (TCD) et directeur du Trinity Centre for Bioengineering, est l’un des principaux chercheurs dans ce domaine en Irlande et au niveau international.

Et Cartregen est l’un des projets actuels sur lesquels il travaille en collaboration avec des chercheurs de l’Université Queen’s de Belfast (QUB). Pour ce projet financé par la Higher Education Authority, des chercheurs du QUB, dirigés par le Dr Krishna Manda, ont développé un modèle informatique d’un hydrogel mou à implanter dans le cartilage articulaire de l’articulation du genou pour l’aider à se réparer.

“L’étalon-or actuel pour traiter les lésions du cartilage et l’arthrose consiste à remplacer l’articulation entière, mais l’alternative consiste à développer un système d’échafaudage en laboratoire et à y placer un tissu implantable possédant des propriétés mécaniques comparables à celles du tissu natif”, € déclare Manda, qui est basé à l’École de génie mécanique et aérospatial de QUB.

Aujourd’hui, un an après le début du projet Cartregen, les chercheurs en génie biomédical du TCD testeront la résistance de ce nouveau biomatériau pour voir s’il sera capable de résister aux pressions biomécaniques liées à son implantation dans une articulation du genou humain.

“L’objectif est de régénérer les tissus à un stade plus précoce pour arrêter la progression de la dégénérescence de l’articulation afin de prévenir ou de retarder le besoin d’arthroplasties du genou”, explique Kelly.

Certains exemples de ces biomatériaux de nouvelle génération existent déjà mais, selon Kelly, ils ne régénèrent pas encore de manière cohérente la nouvelle structure du type spécifique de tissu cartilagineux sain nécessaire au maintien de l’articulation en bon état.

“Nous savons que le fibrocartilage se développe sous forme de tissu blessé, mais le défi consiste à amener le corps à développer un tissu cartilagineux sain appelé cartilage hyalin”, dit-il.

L’objectif est que ces biomatériaux restent dans l’organisme pendant deux à trois ans, puis se dégradent à mesure que les tissus de l’organisme se chargent du travail de réparation. “Nous voulons concevoir des matériaux pour demander aux cellules d’entrer dans ce matériau pour fabriquer leurs propres tissus sains”, ajoute Kelly.

L’une des techniques clés qui rendent cette recherche si marquante est l’utilisation de l’impression 3D très avancée qui permet aux chercheurs d’imprimer des fibres polymères très fines qui mesurent environ le dixième du diamètre d’un cheveu humain.

“Une fois que nous pourrons commencer à imprimer des fibres fines similaires à celles que l’on voit dans les tissus humains natifs, nous pourrons mieux reproduire les propriétés mécaniques et l’architecture du cartilage articulaire – qui est lui-même très bien compris”, explique Kelly.

Le professeur Conor Buckley, professeur de génie biomédical au TCD, travaille également sur un nouveau biomatériau qui, s’il s’avère efficace, pourrait être injecté dans le disque du bas du dos pour traiter les maux de dos dérivés d’une hernie discale ou d’une lésion discale.

“Ce travail a débuté en 2020 avec un projet Integrate financé par le Conseil européen de la recherche (ERC) qui a étudié le micro-environnement à l’intérieur du disque pour voir comment les cellules réagiraient si des biomatériaux activés par des gènes y étaient injectés”, explique Buckley.

L’objectif est qu’en introduisant des biomatériaux injectables dans le disque endommagé, les propriétés biochimiques et biomécaniques de la partie interne molle du disque puissent être régénérées.

Buckley a récemment reçu un prix de validation de principe ERC pour le biomimétique injectable [materials which mimic human biochemical processes] des systèmes d’hydrogel qui permettront aux chercheurs de progresser vers les tests biomécaniques et l’évaluation préclinique et commerciale de ces nouveaux biomatériaux.

“L’intérêt de ces biomatériaux est qu’ils peuvent remplacer temporairement le noyau mou et gélatineux du disque qui perd sa structure lorsqu’il dégénère ou pénètre hors du disque, appuyant sur une racine nerveuse se terminant dans le dos et provoquant parfois des douleurs dans le dos.” les fesses et les jambes», dit-il. Le nouveau biomatériau – qui n’a pas encore été testé sur l’homme – possède également des propriétés adhésives qui lui permettent d’adhérer aux tissus natifs du disque intervertébral.

La prochaine étape pour Altach consiste à fabriquer ces matériaux dérivés de laboratoire dans des conditions évolutives dans un environnement de salle blanche commerciale avant de passer aux essais cliniques sur l’homme.

Actuellement, le seul traitement pour ce type spécifique de douleur lombaire est la chirurgie visant à retirer une partie ou la totalité d’une hernie discale endommagée dans la colonne vertébrale inférieure (microdiscectomie) ou la fusion vertébrale. Cette dernière implique l’ablation du disque endommagé afin que les os vertébraux puissent être fusionnés.

« Le problème de la fusion vertébrale est qu’elle modifie les forces biomécaniques et commence à provoquer une dégénérescence dans d’autres parties de la colonne vertébrale. Le but de ces nouvelles thérapies est de retarder la nécessité d’une intervention chirurgicale aussi complexe », explique le professeur Buckley, qui est également professeur associé honoraire au Royal College of Surgeons of Ireland (RCSI).

En 2023, Buckley et Kelly ont levé 1,1 million d’euros de financement pour que leur entreprise du campus, Altacher pourrait commencer le processus de commercialisation d’une matrice d’origine animale pour traiter l’ostéochondrale, un défaut du cartilage et des os.

“Nous utilisons du cartilage et des os de porc et retirons le matériel cellulaire pour empêcher une réponse du système immunitaire. [ie rejection of the animal tissue]. Ensuite, nous transformons ce matériau décellulaire en une éponge bicouche pour traiter cette condition. La matrice osseux/cartilagineux conserve les signaux permettant d’indiquer aux cellules humaines quoi faire », ajoute Kelly.

La prochaine étape pour Altach consiste à fabriquer ces matériaux dérivés de laboratoire dans des conditions évolutives dans un environnement de salle blanche commerciale avant de passer aux essais cliniques sur l’homme.

Le professeur Fergus O’Brien, professeur de bio-ingénierie et de médecine régénérative et chef du groupe de recherche en ingénierie tissulaire au RCSI, a déjà réussi à amener des biomatériaux pour aider à la réparation osseuse du laboratoire aux patients humains.

“Nous travaillons désormais sur des biomatériaux pour la réparation des nerfs périphériques endommagés par des brûlures complexes, par exemple”, précise-t-il. Avec ce projet de recherche, Integra LifeSciences du New Jersey développera des biomatériaux destinés à une utilisation commerciale chez l’homme.

O’Brien travaille également en partenariat avec l’association caritative Irish Rugby Football Union sur la recherche sur les lésions de la moelle épinière. “Ce qui est passionnant dans cette recherche, c’est que nous utiliserons le biomatériau pour administrer des cellules souches et des thérapies géniques aux tissus natifs.”

Dans l’ensemble, il affirme que les chercheurs irlandais en génie biomédical sont très appréciés dans le monde entier. « Nous étions le pays invité à la conférence de l’Orthopedic Research Society à Dallas, au Texas, en 2023. Les chercheurs universitaires doivent travailler en étroite collaboration avec des partenaires industriels et nous le faisons très bien ici. »

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2024-02-22 10:00:52
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