Un Saint Graal pour la recherche orthopédique est une méthode non seulement pour créer du tissu osseux artificiel qui correspond précisément à la réalité, mais le fait avec un tel détail microscopique qu'il comprend de minuscules structures potentiellement importantes pour la différenciation des cellules souches, qui est la clé de la régénération osseuse.

Des chercheurs de la NYU Tandon School of Engineering et du New York Stem Cell Foundation Research Institute (NYSF) ont franchi une étape majeure en créant la réplique exacte d'un os à l'aide d'un système qui associe l'imagerie biothermique à un "nano-ciseau" chauffé. Dans une étude, "Lithographie efficace en termes de coût et de temps de répliques de tissus osseux réutilisables de taille millimétrique avec une taille de caractéristique inférieure à 15 nm sur un polymère biocompatible, " qui apparaît dans le journal Matériaux fonctionnels avancés , les enquêteurs détaillent un système leur permettant de sculpter, dans un matériau biocompatible, la structure exacte du tissu osseux, avec des caractéristiques plus petites que la taille d'une seule protéine, un milliard de fois plus petites qu'un mètre. Cette plate-forme, appelé, lithographie par sonde à balayage biothermique (bio-tSPL), prend une "photographie" du tissu osseux, puis utilise la photographie pour en produire une réplique authentique.

L'équipe, dirigé par Elisa Riedo, professeur de génie chimique et biomoléculaire à NYU Tandon, et Giuseppe Maria de Peppo, un chercheur principal de Ralph Lauren au NYSF, a démontré qu'il est possible d'étendre le bio-tSPL pour produire des répliques osseuses d'une taille significative pour les études et applications biomédicales, à un coût abordable. Ces répliques osseuses soutiennent la croissance des cellules osseuses dérivées des propres cellules souches d'un patient, créant la possibilité de lancer de nouvelles applications de cellules souches avec un large potentiel de recherche et thérapeutique. Cette technologie pourrait révolutionner la découverte de médicaments et entraîner le développement de meilleurs implants et dispositifs orthopédiques.

La recherche, "Lithographie efficace en termes de coût et de temps de répliques de tissus osseux réutilisables de taille millimétrique avec une taille de caractéristique inférieure à 15 nm sur un polymère biocompatible, " apparaît dans Matériaux fonctionnels avancés .

Dans le corps humain, les cellules vivent dans des environnements spécifiques qui contrôlent leur comportement et soutiennent la régénération des tissus via la fourniture de signaux morphologiques et chimiques à l'échelle moléculaire. En particulier, les cellules souches osseuses sont incrustées dans une matrice de fibres –– des agrégats de molécules de collagène, protéines osseuses, et minéraux. La structure hiérarchique osseuse est constituée d'un assemblage de micro- et nano-structures, dont la complexité a jusqu'à présent entravé leur réplication par des méthodes de fabrication standard.

"tSPL est une puissante méthode de nanofabrication que mon laboratoire a lancée il y a quelques années, et il est actuellement mis en œuvre en utilisant un instrument disponible dans le commerce, le NanoFrazor, " dit Riedo. " Cependant, jusqu'à aujourd'hui, les limitations en termes de débit et de biocompatibilité des matériaux ont empêché son utilisation dans la recherche biologique. Nous sommes très heureux d'avoir brisé ces barrières et d'avoir conduit tSPL dans le domaine des applications biomédicales. »

Son efficacité en termes de temps et de coût, ainsi que la compatibilité cellulaire et la réutilisation des répliques osseuses, font de bio-tSPL une plate-forme abordable pour la production de surfaces qui reproduisent parfaitement n'importe quel tissu biologique avec une précision sans précédent.

« Je suis enthousiasmé par la précision obtenue avec le bio-tSPL. Surfaces à mimétisme osseux, tel que celui reproduit dans cette étude, créer des possibilités uniques pour comprendre la biologie cellulaire et modéliser les maladies osseuses, et pour développer des plateformes de criblage de médicaments plus avancées, " a déclaré de Peppo. " En tant qu'ingénieur tissulaire, Je suis particulièrement ravi que cette nouvelle plate-forme puisse également nous aider à créer des implants orthopédiques plus efficaces pour traiter les défauts squelettiques et maxillo-faciaux résultant d'une blessure ou d'une maladie."