Premier matériau à présenter des propriétés similaires au cartilage de nos genoux, ce nouvel hydrogel ultra-résistant conçu par des chercheurs américains représente un véritable espoir pour les millions de personnes souffrant d’arthrose.
Une conception innovante
Le genou est un point de tension majeur du corps humain, son cartilage doit donc être assez solide pour supporter le poids d’une personne, mais assez souple pour amortir les forces intenses intervenant à chaque pas. Mais lorsque ce matériel utile est endommagé, ou s’use après des décennies d’utilisation constante, il a énormément de mal à se régénérer. Parfois, la seule solution se résume au remplacement complet du genou par une prothèse, ne s’avérant jamais aussi performante que le cartilage naturel.
Constitués principalement d’eau, comme leur nom l’indique, les hydrogels sont des matériaux polyvalents de plus en plus utilisés en médecine pour aider à la cicatrisation des blessures, arrêter les saignements et même stimuler la repousse des tissus. Mais aussi prometteurs soient-ils pour le remplacement de cartilages usés ou abîmés du genou, la plupart d’entre eux s’avérait jusqu’à présent trop faibles pour supporter efficacement et durablement de telles contraintes.
Mais c’était sans compter sur ces nouveaux travaux récemment publiés dans la revue Advanced Functional Materials, dans le cadre desquels des chercheurs de l’université de Duke ont mis au point un nouvel hydrogel possédant les mêmes propriétés mécaniques que le cartilage humain. Celui-ci est constitué de plusieurs mailles de brins de polymère, tissées ensemble. L’un de ces réseaux est constitué de brins extensibles. Le second, plus rigide, comporte des brins à charge négative. Tandis que la troisième maille intègre des fibres de cellulose pour renforcer la structure.
Les chercheurs ont mis le nouvel hydrogel à rude épreuve
Ensemble, les trois réseaux confèrent à l’hydrogel la capacité de reprendre sa forme initiale après avoir été étiré ou comprimé. Les fibres de cellulose sont utiles pour le premier point, car elles résistent à l’étirement et empêchent le matériau de se déchirer. Enfin, le réseau polymère rigide, grâce aux brins chargés négativement, repousse les forces de compression. « Seule cette combinaison de trois composants permet d’allier flexibilité et rigidité et d’obtenir une telle résistance », explique Feichen Yang, co-auteur de l’étude.
L’équipe a ensuite soumis le nouvel hydrogel à différents tests afin d’évaluer sa résistance et sa durabilité. Un disque de la taille d’une pièce de monnaie a ainsi pu supporter le poids d’un haltère de 45 kg (voir tweet ci-dessus) sans se déchirer ni perdre sa forme. Lorsqu’il a été étiré 100 000 fois, celui-ci s’est avéré aussi robuste qu’un dispositif en titane poreux, utilisé pour les implants osseux. Enfin, le dispositif s’est révélé aussi résistant à l’usure que le cartilage naturel et quatre fois plus résistant que les cartilages synthétiques actuels après avoir été frotté un million de fois contre un échantillon de cartilage humain.
Bien que ce nouvel hydrogel soit particulièrement prometteur pour le remplacement du cartilage endommagé des genoux, les auteurs de l’étude précisent qu’il faudra encore patienter quelques années avant d’assister aux premières utilisations cliniques du matériau. D’ici là, ceux-ci envisagent de concevoir un implant qui pourra être testé sur des moutons.
