Métaux imprimés en 3D et résistants aux infections développés pour les implants

Les travaux, rapportés dans le Journal international de fabrication extrême, pourrait un jour conduire à un meilleur contrôle des infections dans de nombreuses interventions chirurgicales courantes, telles que les arthroplasties de la hanche et du genou, pratiquées quotidiennement dans le monde. La colonisation bactérienne des implants est l’une des principales causes de leur échec et de mauvais résultats après la chirurgie.

“L’infection est un problème pour lequel nous n’avons pas de solution”, a déclaré Amit Bandyopadhyay, auteur correspondant de l’article et professeur distingué de Boeing à l’école d’ingénierie mécanique et des matériaux de la WSU. “Dans la plupart des cas, l’implant n’a aucun pouvoir défensif contre l’infection. Nous devons trouver quelque chose dans lequel le matériau du dispositif lui-même offre une certaine résistance inhérente – plus que simplement fournir un contrôle médicamenteux de l’infection. Ici, nous disons, pourquoi ne pas changer le matériau lui-même et ont une réponse antibactérienne inhérente au matériau lui-même ? »

Les matériaux en titane utilisés pour les arthroplasties de la hanche et du genou et autres implants chirurgicaux ont été développés il y a plus de 50 ans et ne sont pas bien adaptés pour vaincre les infections. Bien que les chirurgiens traitent souvent de manière préventive avec des antibiotiques, une infection potentiellement mortelle peut survenir juste après l’intervention chirurgicale ou des semaines ou des mois plus tard sous la forme d’une infection secondaire. Une fois qu’une infection apparaît sous la forme d’un film fin et flou sur un implant, les médecins tentent de la traiter avec des antibiotiques systémiques. Cependant, dans environ 7 % des cas de chirurgie implantaire, les médecins doivent procéder à une intervention chirurgicale de révision, en retirant l’implant, en nettoyant la zone, en ajoutant des antibiotiques et en mettant un autre implant.

Grâce à la technologie d’impression 3D, les chercheurs de la WSU ont ajouté 10 % de tantale, un métal résistant à la corrosion, et 3 % de cuivre à l’alliage de titane généralement utilisé dans les implants. Lorsque les bactéries entrent en contact avec la surface en cuivre du matériau, presque toutes leurs parois cellulaires se rompent. Pendant ce temps, le tantale favorise la croissance cellulaire saine avec les os et les tissus environnants, ce qui accélère la guérison du patient. Les chercheurs ont consacré trois ans à une étude approfondie de leur implant, évaluant ses propriétés mécaniques, sa biologie et sa réponse antibactérienne en laboratoire et sur des modèles animaux. Ils ont également étudié son usure pour s’assurer que les ions métalliques de l’implant ne s’useront pas et ne pénétreront pas dans les tissus voisins, provoquant ainsi une toxicité.

“Le plus grand avantage de ce type d’appareil multifonctionnel est qu’il peut être utilisé pour le contrôle des infections ainsi que pour une bonne intégration du tissu osseux”, a déclaré la co-auteure Susmita Bose, professeur émérite de Westinghouse à l’école. “L’infection étant un problème majeur dans le monde chirurgical d’aujourd’hui, si un appareil multifonctionnel peut faire les deux choses, il n’y a rien de tel.”

Les chercheurs poursuivent leurs travaux dans l’espoir d’améliorer le taux de mortalité bactérienne à plus de 99 % sans compromettre l’intégration tissulaire. Ils veulent également s’assurer que les matériaux offrent de bonnes performances dans des conditions de charge réelles que les patients pourraient utiliser, comme pour la randonnée dans le cas d’une arthroplastie du genou.

Les chercheurs travaillent avec le bureau de commercialisation de WSU et ont déposé un brevet provisoire. Le travail a été financé par les National Institutes of Health et comprenait une collaboration avec des chercheurs de l’Université de Stanford et du Collège de médecine vétérinaire de la WSU.