La mince, la couche glissante de cartilage entre les os du genou est magique :assez solide pour supporter le poids d'une personne, mais suffisamment doux et souple pour amortir l'articulation contre les chocs, sur des décennies d'utilisation répétée. Cette combinaison de douceur et de résistance a été difficile à reproduire en laboratoire. Mais maintenant, Les chercheurs de l'Université Duke disent avoir créé un gel expérimental qui est le premier à égaler la résistance et la durabilité de la vraie chose.

Le matériau peut ressembler à un cousin éloigné de Jell-O - ce qui est le cas - mais il est incroyablement fort. C'est 60% d'eau, mais un seul disque de la taille d'un quart peut supporter le poids d'un kettlebell de 100 livres sans se déchirer ni perdre sa forme.

Ses développeurs disent qu'il s'agit du premier hydrogel - un matériau composé de polymères absorbant l'eau - capable de résister aux tractions et aux charges lourdes ainsi qu'au cartilage humain, sans s'user avec le temps.

Dirigé par les scientifiques de Duke en chimie et matériaux Ben Wiley et Ken Gall, la recherche pourrait un jour offrir aux personnes souffrant de problèmes de genou un remplacement du cartilage endommagé, et une alternative au 600, 000 chirurgies de remplacement du genou effectuées aux États-Unis chaque année.

Un tissu caoutchouteux lisse qui recouvre les extrémités des os et leur permet de glisser en douceur les uns contre les autres, le cartilage aide à absorber une énorme quantité de force à chaque pas, généralement entre deux et trois fois votre poids corporel.

Cependant, le cartilage a également une capacité limitée à se guérir et à se réparer. Une fois porté par l'âge, une surutilisation ou un traumatisme difficile à traiter, dit Gall, professeur de génie mécanique et de science des matériaux à Duke.

Pour les patients qui souhaitent éviter ou reporter une arthroplastie du genou qui ne peut durer que 20 ans, le cartilage artificiel peut aider. Les hydrogels ont été explorés pour une utilisation comme substitut du cartilage depuis les années 1970 et sont utilisés dans les lentilles de contact souples et les couches jetables. Les chercheurs sont attirés par ces matériaux en raison de leur caractère glissant, propriétés d'absorption des chocs et parce qu'elles n'endommagent pas les cellules voisines. Mais jusqu'à présent, ils se sont avérés trop faibles pour être utilisés dans des articulations porteuses comme le genou.

L'équipe Duke a décidé de changer cela. "Nous avons entrepris de fabriquer le premier hydrogel qui possède les propriétés mécaniques du cartilage, " dit Wiley, professeur de chimie à Duke.

Le nouvel hydrogel se compose de deux réseaux de polymères entrelacés :l'un fait de brins extensibles en forme de spaghetti et l'autre plus rigide et en forme de panier, avec des charges négatives sur toute leur longueur. Ceux-ci sont renforcés par un troisième ingrédient, un maillage de fibres de cellulose.

Lorsque le gel est étiré, les fibres de cellulose résistent à la traction et aident à maintenir le matériau ensemble. Et quand il est pressé, les charges négatives le long des chaînes polymères rigides se repoussent et collent à l'eau, l'aidant à reprendre sa forme initiale.

"Seule cette combinaison des trois composants est à la fois flexible et rigide et donc solide, " a déclaré le co-auteur Feichen Yang, qui a obtenu un doctorat en chimie. dans le laboratoire de Wiley.

Lorsque les chercheurs ont comparé le matériau résultant à d'autres hydrogels, le leur était le seul qui était aussi solide que le cartilage à la fois en l'écrasant et en l'étirant.

Dans une expérience, l'équipe l'a soumis à 100, 000 cycles de tirage répété, et le matériau a tenu aussi bien que le titane poreux utilisé pour les implants osseux, "qui a dépassé nos attentes initiales, " a déclaré le co-auteur William Koshut, un doctorat étudiant au laboratoire Gall.

Ils ont également frotté le nouveau matériau contre le cartilage naturel un million de fois. Ils ont trouvé que c'était lisse, La surface autolubrifiante glissante est aussi résistante à l'usure que la réalité et quatre fois plus résistante à l'usure que les implants de cartilage synthétique actuellement approuvés par la FDA pour une utilisation dans le gros orteil.

Le transfert du matériel du laboratoire à la clinique prendrait encore au moins trois ans, dit Wiley. Les premiers tests de sécurité suggèrent que le matériau n'est pas toxique pour les cellules cultivées en laboratoire. L'étape suivante consiste à concevoir un implant qu'ils peuvent tester sur des moutons.

Mais l'équipe dit qu'à terme, la recherche pourrait offrir de nouvelles options aux personnes souffrant de douleurs au genou, et les ramener à faire les choses qu'ils aiment sans les longs temps de récupération et la durée de vie limitée associés à la réparation du cartilage ou à la chirurgie de remplacement du genou.