O nouă cale de vindecare a fracturilor

Fracturile sunt una dintre cele mai frecvente leziuni: căutarea unei soluții pentru vindecarea mai rapidă și reducerea durerii este, prin urmare, o problemă majoră de sănătate publică.

În urma unui accident Quidditch, Harry Potter bea o băutură magică pentru a-și regenera oasele brațului într-o singură noapte! În lumea noastră reală, utilizarea hidrogelurilor deschide calea către terapii eficiente pentru a promova regenerarea osoasă. Acestea sunt biomateriale compuse din peste 90% apă.

Sperăm că hidrogelurile vor fi mai eficiente decât magia eșuată.

Regenerarea osoasă ne preocupă în permanență, deoarece oasele noastre sunt în mod constant reînnoite. Această proprietate remarcabilă a scheletului nostru ne este foarte utilă pentru vindecarea fracturilor simple. Copii, câteva săptămâni de imobilizare sunt suficiente pentru o recuperare completă. Cu toate acestea, capacitățile noastre regenerative sunt limitate, iar fracturile prea mari (câțiva centimetri) nu se vindecă spontan. Vorbim apoi de defecte osoase „critice”. Acestea pot apărea în diferite momente din viața noastră: în timpul unui traumatism violent (accident rutier) sau după o intervenție chirurgicală (îndepărtarea unei tumori osoase, infecții, malformații etc.).

Soluții imperfecte pentru a remedia defectele noastre osoase critice ?

Astăzi, tratamentul terapeutic standard oferit de medici este de a umple defectul critic cu așchii osoase prelevate direct dintr-o zonă sănătoasă a pacientului. Din păcate, mulți pacienți sunt prea slabi pentru a tolera această dublă intervenție chirurgicală sau au stoc osos insuficient. Apoi sunt necesari înlocuitori osoși.

Cei mai utilizați înlocuitori osoși provin din os, fie de la un donator uman, fie de la bovine. Dar utilizarea acestor înlocuitori naturali nu previne riscul de inflamație și durere cronică la pacient. Uneori procedura eșuează din cauza unui răspuns imun fugar: materialul implantat este respins.

Îmbunătățiți tratamentele și reduceți durerea

Pentru a crea materiale sintetice care sunt tolerate de corpul uman și pentru a promova repararea oaselor, este necesar să combinați ingineria materialelor și o înțelegere a mecanismelor de regenerare osoasă. Costurile de producție ale produsului trebuie, de asemenea, reduse la minimum: pe lângă umplerea eficientă a defectului osos, trebuie să ne amintim să nu mai săpăm gaura securității sociale! Într-adevăr, alegerea unui tratament ieftin, rambursat în mod eficient de asigurările de sănătate, va beneficia mai mult de cel mai mare număr.

Prin luarea în considerare a tuturor acestor constrângeri, cercetătorii au devenit interesați de hidrogeluri. Hidrogelurile sunt formate din peste 90% apă. Cum se face osul din apă? În afară de apă, hidrogelurile sunt fabricate dintr-un polimer a cărui natură poate fi aleasă pentru a promova acceptarea de către corpul uman, aceasta se numește biocompatibilitate. Poate fi, de exemplu, un amestec de pullulan și dextran, doi polimeri de zahăr biocompatibili și biodegradabili. În plus, pullulanul și dextranul sunt deja utilizate în industria farmaceutică (acoperirea medicamentelor și înlocuirea plasmei sanguine) ceea ce le face să fie ingrediente ieftine și deja validate pentru utilizările lor clinice.

Odată ce s-a făcut alegerea hidrogelului, dificultatea constă în evaluarea și îmbunătățirea proprietăților sale terapeutice. Obținerea unui os puternic dintr-un material moale nu se întâmplă peste noapte !

Fabricarea unui hidrogel poros prin liofilizare

Preformarea hidrogelului este un pas cheie. O structură poroasă cu nișe poate fi obținută printr-un proces de liofilizare, care este o deshidratare controlată. Stăpânirea acestui proces determină structura materialului și a necesitat multă cercetare. Nișele oferite de hidrogelul deshidratat sunt reținute după implantare la pacient atunci când hidrogelul este umplut cu lichid. Aceste nișe sunt colonizate de celulele pacientului. Interacțiunea dintre celulele pacientului și structura hidrogelului va defini acceptarea materialului, precum și rata de reconstrucție osoasă. Pacientul este deci el însuși un actor în recuperarea sa! Această abordare se bazează pe medicina regenerativă în care obiectivul materialului nu este înlocuirea țesutului osos, ci regenerarea acestuia.

Implantarea substitutului osos (hidrogel) într-un defect osos de dimensiune critică. Jérôme Grenier, autor furnizat

Implantarea substitutului osos într-un defect osos

Pentru a optimiza structura poroasă a performanței hidrogelului, trebuie efectuate teste. Pentru aceasta, testarea pe animale este un pas obligatoriu înainte de stabilirea testelor clinice la om. Cu toate acestea, aceste experimente pe animale ridică întrebări etice și un număr infinit de structuri poroase pot fi testate! Pentru a reduce numărul de teste efectuate pe animale, testele de laborator pot fi efectuate în amonte. Aceste teste trebuie să se bazeze pe un sistem artificial care să poată reproduce cel mai bine condițiile naturale de reparare la animale. Pentru aceasta, geometria dispozitivului, biochimia, mecanica și starea biologică a celulelor trebuie să fie perfect stăpânite. Cercetătorii au propus un reactor experimental care imită condițiile fiziologice ale unui defect osos folosind tensiuni mecanice controlate. Utilizarea acestui reactor face posibilă multiplicarea testelor în amonte, astfel încât să se limiteze utilizarea experimentării pe animale.

Acest reactor este subiectul tezei mele. Celulele osoase cultivate de la șoareci sunt utilizate ca model pentru a studia organizarea celulelor din hidrogel. Celulele conținute în hidrogel sunt sensibile la foarfeci induse de fluxul mediului nutritiv din reactor. Este același principiu ca un masaj cu jet de apă la un centru spa! În reactor, viteza fluidului este, desigur, mult mai mică! Dar este suficient să inducem foarfece locale în jurul celulelor. Intensitatea acestor foarfece poate fi determinată prin simulare numerică. Scopul este de a asigura viteza fluidului care va asigura condițiile mecanice care conduc la dezvoltarea biologică a celulelor din reactor. Astfel, scopul este de a opera reactorul în condiții fiziologice pentru a studia în laborator proprietățile fundamentale ale hidrogelului care sunt necesare pentru repararea oaselor. Scopul este de a oferi o formulare optimizată a hidrogelului.

Prin combinarea metodelor de experimentare ușoară cu alegerea unui biomaterial economic, dezvoltarea unei soluții terapeutice bazate pe hidrogeluri pentru regenerarea osoasă are toate șansele de a putea face față provocărilor de eficiență, rentabilitate și acceptabilitate cerute de societate.

Acest articol este republicat din Conversație sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.