Les chercheurs de la Northwestern University sont les premiers à concevoir un nanomatériau bioactif qui favorise la croissance de nouveau cartilage in vivo et sans l'utilisation de facteurs de croissance coûteux. Un peu envahissant, la thérapie active les cellules souches de la moelle osseuse et produit du cartilage naturel. Aucune thérapie conventionnelle ne peut le faire.
Les résultats seront publiés en ligne la semaine du 1er février par le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).
"Contrairement à l'os, le cartilage ne repousse pas, et donc les stratégies cliniques pour régénérer ce tissu sont d'un grand intérêt, " dit Samuel I. Stupp, auteur principal, Conseil d'administration Professeur de chimie, Science et génie des matériaux, et médecine, et directeur de l'Institute for BioNanotechnology in Medicine. D'innombrables personnes - athlètes amateurs, les athlètes professionnels et les personnes dont les articulations viennent de s'user - l'apprennent trop bien lorsqu'ils apportent leurs mauvais genoux, épaules et coudes à un chirurgien orthopédiste.
Le cartilage endommagé peut entraîner des douleurs articulaires et une perte de fonction physique et éventuellement de l'arthrose, un trouble dont l'impact économique est estimé à près de 65 milliards de dollars aux États-Unis. Avec une population vieillissante et de plus en plus active, ce chiffre devrait augmenter.
"Le cartilage ne se régénère pas chez l'adulte. Une fois que vous êtes adulte, vous avez tout le cartilage que vous aurez jamais, " a déclaré le premier auteur Ramille N. Shah, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering and Applied Science et professeur adjoint de chirurgie orthopédique à la Feinberg School of Medicine. Shah est également membre résident du corps professoral de l'Institute for BioNanotechnology in Medicine.
Le collagène de type II est la principale protéine du cartilage articulaire, le lisse, tissu conjonctif blanc qui recouvre les extrémités des os où ils se rejoignent pour former des articulations.
"Notre matériau de fibres nanoscopiques stimule les cellules souches présentes dans la moelle osseuse pour produire du cartilage contenant du collagène de type II et réparer l'articulation endommagée, " Shah a déclaré. "Une procédure appelée microfracture est la technique la plus courante actuellement utilisée par les médecins, mais il a tendance à produire un cartilage ayant principalement du collagène de type I qui ressemble plus à du tissu cicatriciel. »
Le gel Northwestern est injecté sous forme liquide dans la zone de l'articulation endommagée, où il s'auto-assemble ensuite et forme un solide. Cette matrice extracellulaire, qui imite ce que les cellules voient habituellement, lie par conception moléculaire l'un des facteurs de croissance les plus importants pour la réparation et la régénération du cartilage. En gardant le facteur de croissance concentré et localisé, les cellules cartilagineuses ont la possibilité de se régénérer.
Avec Nirav A. Shah, un chirurgien orthopédiste en médecine du sport et ancien résident en orthopédie à Northwestern, les chercheurs ont implanté leur gel de nanofibres dans un modèle animal présentant des défauts cartilagineux.
Les animaux ont été traités par microfracture, où de minuscules trous sont faits dans l'os sous le cartilage endommagé pour créer un nouvel apport sanguin pour stimuler la croissance de nouveau cartilage. Les chercheurs ont testé différentes combinaisons :microfracture seule; la microfracture et le gel de nanofibres additionné de facteur de croissance ; et la microfracture et le gel de nanofibres sans facteur de croissance ajouté.
Ils ont découvert que leur technique produisait de bien meilleurs résultats que la procédure de microfracture seule et, plus important, ont constaté que l'ajout du facteur de croissance coûteux n'était pas nécessaire pour obtenir les meilleurs résultats. Au lieu, en raison de la conception moléculaire du matériau du gel, Le facteur de croissance déjà présent dans l'organisme suffit à régénérer le cartilage.
La matrice n'avait besoin d'être présente que pendant un mois pour produire la croissance du cartilage. La matrice, à base de molécules auto-assemblées appelées amphiphiles peptidiques, se biodégrade en nutriments et est remplacé par du cartilage naturel.
