Le matériau nano osseux présente une élasticité et une résistance élevées pour accélérer la chirurgie et la guérison

Une équipe de recherche du Département d’orthopédie et de traumatologie de la Faculté de médecine LKS de l’Université de Hong Kong (HKUMed) a développé avec succès un nouveau matériau élastique de phosphate de calcium qui imite la structure de l’os humain.

Le matériau, surnommé « nano-ciment osseux », offre une alternative prometteuse aux greffes osseuses traditionnelles dans les chirurgies orthopédiques, qui reposent généralement sur le prélèvement de tissus sur le patient ou un donneur. Les résultats de la recherche et des expériences montrent que ce matériau osseux innovant offre un support mécanique robuste et accélère la guérison des défauts osseux.

L’équipe prévoit d’appliquer cette technologie pour réparer d’importants défauts osseux segmentaires, accélérant potentiellement la guérison des patients et obtenant des résultats optimaux. Les résultats de la recherche sont publiés dans la revue Communications naturelles.

Défis actuels de la chirurgie des défauts osseux segmentaires importants

Le professeur Kelvin Yeung Wai-kwok, professeur Ng Chun-man de bioingénierie orthopédique, département d’orthopédie et de traumatologie, école de médecine clinique, HKUMed, et chef de projet de la recherche, a déclaré que le traitement des défauts osseux segmentaires importants nécessite généralement une greffe osseuse, qui implique souvent des autogreffes (à partir de l’os du patient) ou des allogreffes (os donnés), qui sont rares et transportent des risques importants. Les autogreffes peuvent entraîner des complications et un effondrement au niveau du site donneur, tandis que les allogreffes comportent un risque d’infection et de rejet immunitaire.

Les matériaux osseux traditionnels à base de phosphate de calcium sont formés en mélangeant des poudres contenant du calcium et du phosphore avec une solution liquide, ce qui donne un solide durci grâce à une réaction auto-durcissante.

Le Dr Wu Jun du centre médical orthopédique de l’hôpital de l’Université de Hong Kong-Shenzhen a expliqué : « Ce matériau ressemble beaucoup à la composition de l’os naturel, offrant une excellente sécurité et biocompatibilité. De plus, il peut être façonné librement avant de durcir, ce qui en fait l’une des options les plus prometteuses pour la réparation osseuse. »

Alors que les matériaux osseux artificiels traditionnels au phosphate de calcium assurent la rigidité, leur résistance à la compression est inférieure à celle de l’os cortical humain. Leur manque d’élasticité les rend sujets à la fracture en utilisation clinique et ils ont du mal à s’adapter aux déformations mineures au cours des activités quotidiennes, pouvant conduire à un effondrement structurel et à un échec du traitement.

Ces limitations limitent l’efficacité et la sécurité des technologies de greffe osseuse existantes, soulignant la nécessité de développer des matériaux osseux élastiques pour améliorer le taux de réussite de la réparation osseuse segmentaire importante.

Triple nanomatériau « haute performance »

Pour remédier aux lacunes des matériaux osseux existants au phosphate de calcium, l’équipe de recherche a utilisé la technologie d’ancrage des nano-clusters pour intégrer avec succès les propriétés mécaniques des matériaux organiques flexibles et des matériaux rigides inorganiques. Cette percée a abouti à un nouveau « matériau osseux nano-artificiel » (ciment au phosphate de calcium (CPC)) qui présente une élasticité, une ténacité et une résistance exceptionnelles.

Le professeur Yeung a déclaré : « Notre objectif est d’imiter la structure de l’os naturel, et ce nanomatériau innovant ressemble beaucoup à l’os humain. Ses propriétés mécaniques sont plus proches de celles de l’os naturel, améliorant ainsi le confort et la mobilité du patient.

Tirant parti de la capacité du matériau à se dilater en volume après absorption d’eau, l’équipe a développé un nouveau type de microsphère élastique capable de combler automatiquement les défauts osseux. Cette innovation rationalise les procédures chirurgicales et améliore l’efficacité du traitement.

“Le nouveau nanomatériau maintient une résistance à la compression maximale après avoir absorbé l’eau et présente une excellente élasticité, une propriété que l’on ne retrouve pas dans le matériau osseux actuel. Il forme une structure poreuse qui favorise l’adhésion cellulaire et l’intégration avec le matériau, favorisant ainsi la régénération du tissu osseux. Cette avancée profitera à davantage de patients, leur offrant un nouvel espoir de retrouver une vie normale”, a ajouté le professeur Yeung.

Le professeur Wong Tak-man, professeur clinicien au Département d’orthopédie et de traumatologie de l’École de médecine clinique de HKUMed, estime que cette innovation matérielle révolutionnaire aura de multiples avantages pour le traitement orthopédique. Il a déclaré : « La nouvelle technologie simplifie considérablement les procédures chirurgicales et réduit la durée globale de l’opération. Le matériau démontre une résistance, une ténacité et des propriétés biocompatibles supérieures.

« Outre le comblement des défauts dans les chirurgies orthopédiques complexes, il peut assurer la stabilité et favoriser la guérison osseuse. Il offre une solution plus flexible, plus sûre et plus efficace pour la chirurgie orthopédique et reconstructive. Enfin, nous pouvons étendre son application en neurochirurgie et en dentisterie dans un avenir proche.