Dans les années récentes, les chercheurs se sont efforcés de développer des prothèses fonctionnelles pour les soldats rentrant chez eux des champs de bataille en Afghanistan ou en Irak avec des bras ou des jambes manquants. Mais même les nouvelles prothèses ont du mal à empêcher les bactéries de pénétrer dans le corps par l'espace où le dispositif a été implanté.

"Vous devez fermer (la zone) où les bactéries entreraient dans le corps, et c'est là que se trouve la peau, " a déclaré Thomas Webster, professeur agrégé d'ingénierie et d'orthopédie à l'Université Brown.

Webster et une équipe de chercheurs de Brown ont peut-être trouvé la bonne formule pour dissuader les migrants bactériens. Le groupe rapporte deux façons dont il a modifié la surface des implants de jambe en titane pour favoriser la croissance des cellules de la peau, créant ainsi une couche de peau naturelle et scellant l'espace où le dispositif a été implanté dans le corps. Les chercheurs ont également créé une chaîne moléculaire pour saupoudrer des protéines de croissance de la peau sur l'implant afin d'accélérer la croissance de la peau.

Les résultats sont publiés dans le Journal de recherche sur les matériaux biomédicaux A.

Les chercheurs, dont Mélanie Zile, un étudiant de l'Université de Boston qui a travaillé dans le laboratoire de Webster dans le cadre du programme de bourses d'enseignement et de recherche de premier cycle de Brown, et Sabrina Puckett, qui a obtenu son doctorat en génie en mai dernier, créé deux surfaces différentes à l'échelle nanométrique, dimensions inférieures au milliardième de mètre.

Dans la première approche, les scientifiques ont tiré un faisceau d'électrons de revêtement en titane sur le pilier (le morceau de l'implant qui est inséré dans l'os), créant un paysage de monticules de 20 nanomètres. Ces monticules imitent les contours de la peau naturelle et incitent les cellules de la peau à coloniser la surface et à faire croître des kératinocytes supplémentaires, ou des cellules de la peau.

Webster connaissait une telle surface, rendu rugueux à l'échelle nanométrique, travaillé pour la repousse des cellules osseuses et des cellules cartilagineuses, mais il ne savait pas si cela réussirait à faire croître les cellules de la peau. C'est peut-être la première fois qu'une nanosurface créée de cette manière sur du titane attire les cellules de la peau.

La seconde approche, appelé anodisation, impliquait de plonger le pilier dans de l'acide fluorhydrique et de lui donner un coup de courant électrique. Cela fait que les atomes de titane sur la surface du pilier se précipitent et se rassemblent en creux, structures tubulaires s'élevant perpendiculairement à la surface de la culée. Comme pour les nanomounds, les cellules de la peau colonisent rapidement la surface nanotubulaire.

Dans des tests de laboratoire (in vitro), les chercheurs rapportent presque un doublement de la densité cellulaire de la peau sur la surface de l'implant; dans les cinq jours, la densité des kératinocytes a atteint le point où une couche de peau imperméable reliant le pilier et le corps avait été créée.

"Vous avez certainement une couche complète de peau, " Webster a déclaré. "Il n'y a plus d'espace pour les bactéries à traverser."

Pour favoriser davantage la croissance des cellules de la peau autour de l'implant, L'équipe de Webster s'est tournée vers FGF-2, une protéine sécrétée par la peau pour aider les autres cellules de la peau à se développer. Le simple fait de badigeonner le pilier avec les protéines ne fonctionne pas, car le FGF-2 perd son effet lorsqu'il est absorbé par le titane. Les chercheurs ont donc mis au point une chaîne moléculaire synthétique pour lier le FGF-2 à la surface du titane, tout en maintenant la capacité de croissance des cellules cutanées de la protéine. Sans surprise, les tests in vitro ont montré la plus grande densité de cellules cutanées sur les surfaces des piliers en utilisant les surfaces nanomodifiées et laquées avec du FGF-2. De plus, les surfaces nanomodifiées créent plus de surface pour les protéines FGF-2 que ce qui serait disponible sur les implants traditionnels.

L'étape suivante consiste à effectuer des études in vivo; s'ils réussissent, les essais humains pourraient commencer, bien que Webster ait dit que cela pourrait prendre des années.