Les implants médicaux pourraient échouer moins souvent lorsqu’ils sont recouverts d’un matériau céramique microscopiquement froissé conçu par des chercheurs de l’Université du Michigan. Le revêtement est décrit dans un article publié dans ACS Applied Materials and Interfaces. .

Les très petits plis du matériau ont la taille idéale pour que les jeunes cellules osseuses et les cellules immunitaires puissent s'y accrocher. Grâce à leur adhérence plus ferme sur les revêtements, les cellules humaines peuvent adhérer fortement à l’implant et s’étendre le long de sa surface. Les cellules osseuses étirées se développent plus rapidement et les cellules immunitaires étirées ont tendance à aider à guérir les tissus et à réduire l'inflammation plutôt que d'attaquer l'implant comme un envahisseur étranger. Les chercheurs pensent donc que leurs revêtements pourraient rendre les implants médicaux plus efficaces.

"Les implants médicaux échouent lorsqu'ils ne s'intègrent pas bien au corps, soit parce que les cellules immunitaires tentent de repousser l'implant, soit parce que les tissus autour de l'implant ne cicatrisent pas correctement", a déclaré Jouha Min, professeur adjoint de génie chimique et auteur correspondant de l'étude.

"La plupart des études se concentrent uniquement sur un problème à la fois, mais les revêtements pourraient résoudre les deux problèmes et aider un patient à reprendre sa vie normale beaucoup plus rapidement", a ajouté Min.

Lorsque les tissus autour d'un implant médical ne guérissent pas correctement, l'implant peut se relâcher et perdre une partie de sa fonction, ce qui nécessite souvent une intervention chirurgicale corrective. Ce problème, appelé descellement aseptique, représente environ 20 % de toutes les chirurgies de révision de la hanche et 25 % de toutes les chirurgies de révision du genou, selon le rapport 2023 de l'American Academy of Orthopaedic Surgeons. Les problèmes d'inflammation représentent 22 % supplémentaires des révisions de la hanche et environ 33 % des révisions du genou.

Sur les 3,1 millions d’arthroplasties de la hanche et du genou réalisées entre 2012 et 2022, près de 236 000 ont nécessité une intervention chirurgicale correctrice. Avec l'augmentation annuelle du nombre d'arthroplasties de la hanche et du genou, de nombreuses personnes bénéficieront d'implants qui s'intègrent mieux à leur corps.

Les revêtements froissés pourraient contribuer à la réussite d'un implant, mais seulement si la taille des rainures dans les revêtements peut être contrôlée avec précision, selon la nouvelle étude. Lorsque les rainures du revêtement mesurent environ 2 micromètres de large, les cellules humaines commencent à s'étirer et à former des appendices en forme de doigts pour adhérer aux rainures, qui sont plus de 10 fois plus petites que les cellules osseuses.

À mesure que les cellules se déplacent dans leur environnement, elles activent également des commutateurs génétiques qui stimulent le développement de cellules osseuses matures ou de cellules immunitaires qui réduisent l’inflammation. Lorsque la largeur des rainures du revêtement est inférieure à un micromètre, les cellules ne s'étirent pas. En conséquence, les cellules osseuses se développent plus lentement et les cellules immunitaires sont incitées à combattre les corps étrangers et à provoquer une inflammation.

"En passant de l'échelle nanométrique à l'échelle microscopique, nous pouvons orienter les cellules tissulaires en faveur d'un implant réussi", a déclaré Mohammad Asadi Tokmedash, doctorant en génie chimique et premier auteur de l'étude.

La nouvelle méthode de fabrication des revêtements des chercheurs leur permet de contrôler la taille des rainures. Ils ajoutent d'abord le matériau céramique sur une feuille de polystyrène couche par couche.

Une fois la céramique suffisamment épaisse, les chercheurs chauffent la feuille de polystyrène, provoquant ainsi son retrait. La céramique fixée se rétracte avec le polystyrène, mais elle se fissure et se déforme également car elle est moins flexible que le polystyrène. Les fissures et les courbures qui en résultent deviennent les rainures sur lesquelles les cellules s'accrochent, et la taille des rainures est contrôlée par l'épaisseur des couches de céramique ajoutées sur la feuille de polystyrène avant qu'elle ne soit chauffée.

Il y a un inconvénient à omettre les rainures plus petites à l'échelle nanométrique du revêtement :elles empêchent mieux les bactéries pathogènes d'y adhérer en créant une surface rugueuse et pointue qui endommage les membranes cellulaires des bactéries. Des rainures plus grandes et à micro-échelle peuvent être idéales pour que les cellules humaines puissent s'y accrocher, mais elles offrent également beaucoup d'espace pour que les bactéries puissent se cacher et se développer sur les revêtements.

L’infection étant une autre cause majeure d’échec des implants, l’équipe travaille actuellement sur une méthode permettant à leurs revêtements de tuer les bactéries tout en fournissant des poignées sûres auxquelles les cellules humaines peuvent s’attacher. De futures expériences testeront leur idée. Les revêtements ont été étudiés au Michigan Center for Materials Characterization.