L'étude peut aider à optimiser les matériaux utilisés dans les implants, à améliorer leur sécurité

En utilisant des techniques analytiques très complexes, un groupe de chercheurs de la Charité – Universitätsmedizin Berlin a pu observer en détail comment différents métaux sont libérés par les implants articulaires et s'accumulent dans le tissu osseux environnant.

Les résultats ont montré une libération régulière de métaux à partir de divers composants d'implants. Contrairement aux hypothèses précédentes, cela n'était pas lié au degré de contrainte mécanique impliqué. Les résultats des chercheurs, qui ont été publiés dans Science avancée*, aidera à optimiser les matériaux utilisés dans les implants et à améliorer leur sécurité.

Les implants articulaires modernes rétablissent la mobilité sans douleur des patients atteints de maladie articulaire dégénérative chronique, améliorant ainsi considérablement leur qualité de vie. Pour assurer une stabilité mécanique à long terme, les articulations artificielles sont fabriquées à partir de matériaux contenant une gamme d'alliages métalliques différents. Cependant, un facteur crucial pour déterminer l'efficacité à long terme d'un implant est son intégration dans le tissu osseux environnant. Des études antérieures sur la stabilité des implants montrent que le frottement entre les surfaces d'articulation (surfaces d'appui) peut entraîner la formation de débris métalliques. Ces débris d'usure peuvent entraîner une ostéolyse – la destruction de l'os autour de l'implant – qui peut entraîner un relâchement prématuré de l'implant. La possibilité d'une libération régulière de métal à partir d'autres parties de la prothèse n'avait pas reçu auparavant beaucoup d'attention.

Un groupe de chercheurs dirigé par le Dr Sven Geißler de l'Institut Julius Wolff de la Charité pour la biomécanique et la régénération musculo-squelettique et le Centre BIH pour les thérapies régénératives a maintenant étudié la distribution spatiale et la toxicocinétique locale des produits d'usure et de corrosion métalliques dans le tissu osseux environnant. Pour leur analyse détaillée, les chercheurs ont utilisé une configuration d'imagerie par fluorescence X basée sur un synchrotron unique. «Nos travaux nous ont permis de montrer, pour la première fois, que les métaux particulaires et dissous libérés par les implants d'arthroplastie sont présents dans l'os et la moelle osseuse environnants à des niveaux supraphysiologiques», explique le Dr Geißler. « Par conséquent, la couche riche en collagène qui encapsule l'implant après la chirurgie ne sépare pas ces métaux du tissu humain dans la mesure précédemment supposée. »

Les chercheurs ont prélevé de minuscules échantillons d'os et de moelle osseuse chez 14 patients subissant une arthroplastie de la hanche ou du genou. Les chercheurs ont ensuite déterminé la composition qualitative et quantitative des échantillons à l'aide d'une technique connue sous le nom de fluorescence X. Cette technique fournit des informations uniques sur la concentration, la distribution, l'emplacement et l'accumulation des produits de dégradation métalliques comme le cobalt, le chrome ou le titane dans l'os et la moelle osseuse adjacents. Le faisceau de rayons X extrêmement lumineux et intensément focalisé requis a été obtenu par la source de rayonnement synchrotron de l'installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF). L'ESRF, situé à Grenoble, en France, est le seul accélérateur de particules au monde à offrir une résolution spatiale allant jusqu'à 30 nanomètres. Résumant les réalisations des chercheurs, le premier auteur de l'étude, le Dr Janosch Schoon, déclare: « Nos travaux abordent donc une question d'une importance clinique énorme avec une configuration expérimentale très complexe. »

« Notre étude a apporté une contribution majeure à l'amélioration de l'évaluation risque-bénéfice des dispositifs médicaux. Elle a montré que ces évaluations ne devraient pas seulement comprendre des tests de biocompatibilité des matières premières, mais plutôt que les tests de biocompatibilité devraient également s'étendre aux produits d'usure et de corrosion. Les données de cette étude s'avéreront donc essentielles pour maintenir la sécurité des implants au niveau le plus élevé possible », explique le Dr Geißler. Sur la base de leurs résultats, les chercheurs prévoient de mener des études supplémentaires qui étudieront les conséquences biologiques de la libération de métaux sur les os et la moelle osseuse. Dans le même temps, les chercheurs développeront de nouvelles approches qui faciliteront les tests précliniques fiables de matériaux d'implants utilisant à la fois des cellules humaines et des tissus modifiés.

* Schoon J et al. Accumulation de biomatériaux spécifiques au métal dans l'os péri-implantaire humain et la moelle osseuse. Adv Sci (2020), DOI: 10.1002 / advs.202000412

Source: Charité – Universitätsmedizin Berlin

Source: Charité – Universitätsmedizin Berlin

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