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Natural inorganic polymers and smart functionalized micro-units applied in customized rapid prototyping of bioactive scaffolds

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Une régénération sur mesure du tissu osseux

Des chercheurs financés par l'UE, en collaboration avec la Chine, ont développé des technologies révolutionnaires avec des applications en termes d'orthopédie et de médecine reconstructive. Et pour la première fois, des implants osseux régénératifs spécifiques s'avèrent actifs sur le plan morphogénétique.

Santé

La mise en place d'une interface entre l'imagerie médicale et la conception assistée par ordinateur (CAO) ou la fabrication assistée par ordinateur (FAO) sont les principales difficultés rencontrées par les ingénieurs lorsqu'il s'agit d'élaborer des matrices bioactives personnalisées favorisant la régénération tissulaire. Les autres questions concernent les matériaux utilisés pour ces matrices destinées à promouvoir la croissance osseuse et bien sûr, la production à moindre coût de ces matrices personnalisées. Les chercheurs du projet BIO-SCAFFOLDS (Natural inorganic polymers and smart functionalized micro-units applied in customized rapid prototyping of bioactive scaffolds) ont justement développé de nouvelles méthodes et plusieurs matériaux innovants pour les matrices de régénération osseuse. Les partenaires du projet BIO-SCAFFOLDS ont réussi à utiliser une impression 3D de cellules formatrices d'os pour les encapsuler dans des hydrogels alginate à base de bio-silicium ou de polyphosphate. Des micro-unités intelligentes composées de nanopoudres logées dans des microcanaux qui permettent de dispenser les éléments nutritifs, ont ainsi été incorporés dans ces matrices. Les techniques de prototypage rapide comme la fabrication additive et soustractive ont été utilisées par les partenaires pour produire des matrices personnalisées via des procédés CAO/FAO. Pour la première fois, l'équipe du projet a réussi à produire dans des tests in vitro et in vivo, des matrices morphogénétiquement actives qui favorisent la croissance et le remodelage osseux tout en étant biocompatibles et biodégradables. Un nouveau matériau de polyphosphate de calcium a permis aux chercheurs d'incorporer une rigidité modulable dans les matrices imprimées en 3D. De plus, les micro-unités et nanopoudres d'hydroxyapatite éliminent le besoin pour le remodelage osseux, de facteurs de croissance exogènes comme les cytokines. L'autre réussite dont peuvent se targuer les chercheurs du projet est d'avoir réussi à développer un système d'imagerie pour la planification, la mise en œuvre et le contrôle du processus chirurgical d'implantation dans son intégralité. Le système comprend une interface de communication avec les serveurs PACS des hôpitaux (systèmes d'archivage et de transmission d'images) déjà commercialisés, un logiciel de modélisation 3D basé sur la technologie voxel, une fonctionnalité CAO et un format de fichiers compatible avec le processus FAO. De nouvelles demandes de brevets ont également été réalisées, venant ainsi s'ajouter au portefeuille existant des partenaires du projet. Les résultats de ces travaux ont été diffusés par le biais de plus de trente articles dans des revues à fort impact, des stages d'été, des ateliers de travail, un ouvrage sur les polymères inorganiques dans le domaine biomédical, des conférences tant nationales qu'internationales ou des salons d'entrepreneurs (il est également possible de consulter un article publié le 2 avril 2014 sur le site Horizon Magazine of the European Commission). Ces produits modernes de réparation osseuse sont nécessaires de toute urgence dans les sociétés vieillissantes de nos pays développés. Les partenaires du projet ont ainsi démontré la faisabilité de ces matrices 3D recouvertes de biosilicates ou de polyphosphates et amélioré leur performance biologique. Ces implants personnalisés permettront ainsi de soigner plus rapidement les fractures osseuses traumatiques ou ostéoporotiques en étant également utilisables dans le domaine dentaire.

Mots‑clés

Os, régénération tissulaire, matrices biologiques, bio-impression, biosilice, polyphosphate

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