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Un meilleur disque pour la réparation du dos
Les maux de dos causés par un disque intervertébral endommagé nécessitent souvent une intervention chirurgicale, ce qui signifie soit remplacer le disque par un implant en plastique ou en métal, soit retirer le disque et fusionner les disques adjacents. Un nouveau type de disque de remplacement, constitué d'un échafaudage ensemencé de cellules vivantes, pourrait soulager les maux de dos sans bon nombre des effets secondaires causés par les approches chirurgicales existantes.
Impression à froid : Le matériau montré ici agit comme un échafaudage pour un disque intervertébral artificiel contenant des cellules vivantes.
Des chercheurs de l'Université médicale de Caroline du Sud ont fabriqué un prototype de disque de remplacement en imprimant un échafaudage extérieur, puis en ensemençant l'échafaudage avec des cellules vivantes. L'échafaudage imite étroitement la microstructure en couches complexes d'un vrai disque intervertébral, et est la première étape vers la fabrication d'un implant qui peut remplir les mêmes fonctions de soutien et d'absorption des chocs que l'original. Par rapport aux implants en métal et en plastique utilisés aujourd'hui, un échafaudage artificiel enveloppé dans des tissus vivants pourrait se réparer, et un accès constant à l'approvisionnement en sang réduirait le risque d'infection après la chirurgie.
Un disque intervertébral, ou DIV, a la forme d'un beignet de gelée, avec un centre souple et élastique et une couche externe fibreuse plus résistante. Pris en sandwich entre les vertèbres de la colonne vertébrale, le disque définit et soutient le mouvement de la colonne vertébrale, maintenant les os en place tout en permettant à la colonne vertébrale dans son ensemble de se plier et de se tordre. Les disques agissent également comme des amortisseurs, amortissant les impacts sur la colonne vertébrale. Lorsqu'un disque s'use, la pression le long de la colonne vertébrale est inégalement répartie et si les vertèbres se déplacent même légèrement, elles étirent les nerfs entourant la colonne vertébrale, provoquant une douleur. Si l'exercice et la physiothérapie n'offrent aucun soulagement, une intervention chirurgicale peut être nécessaire.
La fusion vertébrale, cependant, limite la flexion et la torsion dans la section fusionnée de la colonne vertébrale, de sorte que certains chirurgiens plaident en faveur de la méthode de l'implant. Aucun de nous n'est né avec des épines fusionnées, dit Barton Sachs , professeur d'orthopédie au Medical College of South Carolina, qui pratique régulièrement la chirurgie d'implant discal et qui n'était pas lié au nouveau travail. La fusion de deux os peut augmenter la pression sur les segments voisins, usant d'autres disques, explique Sachs. Non seulement un implant préserve le mouvement, mais le temps de récupération de la chirurgie implantaire est plus court. Cela fonctionne extrêmement bien, dit Sachs. [Les patients] sortent de l'hôpital plus rapidement ; ils reprennent plus rapidement leur mode de vie.
Mais les implants actuellement utilisés n'absorbent pas les chocs. Vous mettez des matériaux qui ont l'air médiévaux, et c'est l'état de la pratique clinique actuelle, dit Robert Mauck , professeur de chirurgie orthopédique et d'ingénierie tissulaire à l'Université de Pennsylvanie. Mauck travaille sur une amélioration concurrente des implants discaux.
Des chercheurs de la Medical University of South Carolina, dirigés par Xuejun Wen , professeur de bio-ingénierie et de médecine régénérative à l'Université de Clemson et à l'Université de médecine de Caroline du Sud, a tenté d'imiter étroitement l'architecture naturelle du disque, afin qu'il puisse remplir les mêmes fonctions que l'original.
Tout d'abord, ils ont modélisé la structure interne complexe du disque sur un ordinateur. Ensuite, ils ont extrudé du polyuréthane dissous à travers une pointe de micropipette en verre sur une plate-forme maintenue à -4 degrés Celsius. La température fraîche de la base a provoqué la solidification rapide de chaque couche imprimée et a permis aux couches successives de s'empiler et de conserver leur forme. Si vous ne le refroidissez pas très rapidement, vous n'obtiendrez pas la structure que vous voulez, dit Wen. Enfin, le groupe a ensemencé des cellules bovines sur l'échafaudage, pour tester si la structure soutenait la croissance cellulaire. Ceux-ci ont grandi pour le remplir pendant 19 jours, après quoi les cellules se sont arrangées comme elles le feraient dans un disque naturel.
C'est une application intelligente de la fabrication additive et un travail passionnant, dit Jacques Iatridis , professeur d'orthopédie et de neurochirurgie à la Mount Sinai School of Medicine, à New York. Mais Iatridis ajoute que plusieurs approches alternatives impliquant la réparation biologique sont en voie d'essais cliniques ou à des stades de développement plus avancés.
Alors que le nouveau travail de Wen et de son groupe se rapproche le plus de la reproduction de la microstructure d'un vrai disque, ses performances doivent encore être testées. Dans les prochains mois, les disques seront testés sur des rats. Nous essayons toujours de comprendre à quel point nos solutions techniques doivent être compliquées pour restaurer la fonction, explique Mauck.