CORDIS
Résultats de la recherche de l’UE

CORDIS

Français FR

Multiscale computational modelling for natural hip biomechanics and tribology

Français FR

Simuler des charges articulaires dynamiques pour la prochaine génération de traitements de l’ostéoarthrite

Environ 10 à 15 % des personnes âgées de plus de 60 ans sont atteintes d’ostéoarthrite et, la population vieillissant, il est urgent de mettre au point des traitements de nouvelle génération. MSCHIPBIO a utilisé la simulation informatique pour définir de manière précise la biomécanique fonctionnelle du cartilage articulaire de la hanche afin d’améliorer les interventions.

SANTÉ

© Dr Xijin Hua

L’ostéoarthrite (OA), où les articulations des patients deviennent douloureuses et rigides, est une maladie invalidante qui réduit la mobilité et la capacité à accomplir des activités quotidiennes. Les traitements actuels se limitent à gérer la douleur, un soulagement à court terme apporté par l’injection de stéroïdes ou d’acide hyaluronique et par la rééducation. Dans les cas graves d’OA, les options comprennent les greffes de tissus et de cellules (ne rencontrant qu’un succès réduit) ou l’arthroplastie. Même si l’arthroplastie est habituellement efficace, l’échec précoce reste une préoccupation; souvent en raison de l’usure et du descellement de l’implant qui nécessite une correction chirurgicale. Grâce au financement de l’UE, le projet MSCHIPBIO a combiné des méthodes avancées de simulation informatique pour relier des prédictions détaillées sur les charges articulaires de la hanche dans l’ensemble du corps à des simulations articulaires de la réponse du cartilage aux charges dans le cadre de diverses activités quotidiennes. Ces profils dynamiques des charges, développés par ETH Zurich, pourraient contribuer à ce que la prochaine génération d’implants synthétiques imite de manière plus précise les performances naturelles, et même les surpassent.

Construire des profils biomécaniques

Deux des méthodes les plus prometteuses pour atténuer les cas graves d’OA sont les traitements de régénération et de préservation des tissus. Dans la préservation des tissus, l’articulation naturelle est remodelée chirurgicalement pour qu’elle récupère une forme plus proche de son état et de sa fonction naturels ou bien de petites quantités de tissu (par ex. de cartilage), issues de zones donneuses du corps ne transportant pas de charges, sont greffées sur les zones endommagées. Les traitements régénératifs greffent des matériaux qui sont potentiellement plus actifs sur le plan biologique que le propre cartilage du patient (ayant subi une dégénérescence liée à l’âge). Les biomatériaux souples imitant le cartilage naturel représentent des candidats prometteurs, complétés par des facteurs de croissance biologiques et/ou des cellules souches issues de donneurs qui stimulent la croissance du nouveau tissu cartilagineux. Cependant, le défi consiste encore à trouver un matériau suffisamment solide pour résister aux charges temporaires pendant que les nouveaux tissus se développent autour du site de la lésion. «L’une des options consiste à utiliser les modèles de MSCHIPBIO pour étudier les résultats potentiels des traitements préservant les tissus, de sorte qu’on puisse optimiser le repositionnement ou le remodelage afin de réduire les contraintes internes des articulations jusqu’à un degré normal», explique le Dr Xijin Hua, chercheur principal. «Ces modèles pourraient également servir de guide afin que les prothèses articulaires puissent imiter le comportement des articulations naturelles autolubrifiantes et, ainsi, prolonger leur longévité.» L’un des résultats attendus de ces simulations consistait à apporter des preuves d’une fonction d’«autoguérison» de l’articulation naturelle de la hanche, où des périodes prolongées de charge entraîneraient une diminution des contraintes à l’intérieur du cartilage au niveau des extrémités de l’articulation, réduisant potentiellement le risque de lésions tissulaires.

À la recherche de travaux de modélisation

Les modèles du corps humain sont actuellement disponibles dans un répertoire du système de modélisation AnyBody, le cadre de simulation utilisé pour leur création, et sont accessibles à tous les utilisateurs de ce logiciel dotés d’une licence. La conception du modèle d’articulation, à partir de FEBio (un logiciel de simulation gratuit et de libre accès), sera décrite en détail dans une publication à venir, de façon à permettre sa reproduction par d’autres chercheurs biomédicaux. Les fabricants d’implants orthopédiques ont exprimé leur intérêt à utiliser ces modèles pour remplacer certains de leurs tests précliniques en laboratoire, permettant d’accélérer la fabrication d’implants plus solides. En outre, ces modèles pourraient à terme être incorporés à des progiciels de planification dans le domaine de la chirurgie générale. «Collectivement, ces options sont susceptibles d’influencer le futur traitement de l’OA entraînant, nous l’espérons, l’amélioration des soins et une réduction des dépenses de santé», explique le professeur Stephen Ferguson, superviseur des recherches. Le Dr Hua envisage de poursuivre l’intégration des différentes échelles de modèle, afin d’explorer une gamme plus vaste de conditions de charge pour l’articulation de la hanche chez l’homme et afin d’examiner les performances des prothèses articulaires ou des traitements par greffe de cartilage. Cette recherche a été entreprise avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie.

Mots‑clés

MSCHIPBIO, hanche, articulation, prothèse, ostéoarthrite, arthroplastie, biomécanique, tissu, régénératif, simulation, implant

Informations projet

N° de convention de subvention: 745426

État

Projet clôturé

  • Date de début

    1 Juin 2017

  • Date de fin

    31 Mai 2019

Financé au titre de:

H2020-EU.1.3.2.

  • Budget total:

    € 187 419,60

  • Contribution de l’UE

    € 187 419,60

Coordonné par:

EIDGENOESSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE ZUERICH