Avec le vieillissement de la population mondiale, le besoin d’implants osseux augmente. Mais la pose de ces dispositifs médicaux comporte des risques, tels que l’infection et le rejet, et peut nécessiter une opération de retrait. Le projet TriMaBone vise à pallier ces inconvénients en développant des matériaux imprimables en 3D et résorbables, afin de confectionner des implants osseux personnalisés favorisant la cicatrisation naturelle et la repousse des tissus natifs. Le professeur Hans-Peter Deigner de la faculté des sciences médicales et de la vie de la Hochschule Furtwangen a dirigé le projet sur le plan scientifique, et Oliver Riester a travaillé en tant que chercheur au sein du consortium.
Le vieillissement de la population entraîne un besoin croissant de matériaux de réparation osseuse efficients
Les os de notre corps possèdent de fascinantes propriétés d’auto-réparation. Ils sont continuellement soumis à un processus de régénération : tout au long de la vie d’un individu, les tissus osseux anciens sont remplacés par de nouveaux. Ce processus est essentiel au maintien de la densité et de la structure des os, afin qu’ils puissent assurer leur fonction biomécanique. Cependant, avec l’âge, ces propriétés d’auto-réparation se détériorent. Le vieillissement de la population mondiale devrait donc entraîner une augmentation de la prévalence des lésions et des maladies osseuses liées à l’âge, créant un besoin croissant d’implants pour remplacer ou soutenir les tissus endommagés.
Les implants osseux sont utilisés dans divers domaines médicaux, notamment en orthopédie et en dentisterie. Ils sont habituellement fabriqués à partir de métaux, de céramiques ou de polymères. Les implants métalliques se distinguent par leur solidité et leur durabilité, mais ils peuvent entraîner des complications telles que des réactions allergiques. Les céramiques constituent une option intéressante en raison de leur similitude chimique avec l’os naturel, mais elles peuvent être fragiles et se fracturer facilement. Si les polymères sont légers, flexibles et peuvent être fabriqués dans des formes complexes, ils ne sont pas aussi résistants que les métaux ou les céramiques. Bien que la majorité des interventions chirurgicales soient couronnées de succès, des complications telles que l’infection et le rejet peuvent survenir et nécessiter une opération de retrait. Pour surmonter ces limites, les chercheurs en biomatériaux ont commencé à explorer une alternative au remplacement : la régénération endogène, qui requiert l’utilisation d’implants résorbables favorisant la guérison naturelle et la repousse du tissu natif. Pour rendre ces implants résorbables plus efficaces, un défi majeur consiste à développer des matériaux imprimables en 3D, afin de créer des implants personnalisés adaptés aux besoins spécifiques de chaque patient.
Le chitosane, une substance prometteuse pour les implants osseux résorbables imprimables en 3D
Le consortium TriMaBone avait pour objectif de « synthétiser de nouveaux polymères imprimables en 3D, capables de combler les fractures osseuses et d’être remplacés par du matériau osseux d’origine au fil du temps », explique Hans-Peter Deigner. L’équipe a étudié le chitosane, une substance dérivée de la chitine, le composant structurel de la carapace des crevettes et d’autres crustacés. Quatre partenaires universitaires ont apporté leurs expertises complémentaires : la Hochschule Furtwangen a analysé les caractéristiques chimiques et la biocompatibilité du chitosane, l’Université de Haute-Alsace s’est chargée de la fonctionnalisation chimique (c’est-à-dire la modification de la structure chimique du chitosane pour altérer ses propriétés), l’Université de Coblence-Landau a travaillé sur les propriétés physiques, et la Fachhochschule Nordwestschweiz a apporté sa connaissance des processus d’impression 3D. « Le chitosane est entièrement biocompatible, antimicrobien et est remplacé dans un délai raisonnable (six mois à un an) par le matériau d’origine, de sorte qu’il n’y a pas de matériau étranger dans le corps à long terme. De plus, il améliore et accélère le processus de guérison », explique Hans-Peter Deigner. Mais rendre le chitosane imprimable en 3D a été un défi, car « le chitosane se dégrade avant de fondre », ajoute Oliver Riester. « Nous avons donc dû le modifier afin d’obtenir les propriétés souhaitées pour le processus d’impression 3D ».
Perspectives d’avenir
Le consortium TriMaBone a démontré avec succès que le chitosane est un matériau prometteur pour les implants résorbables. Des recherches complémentaires sont nécessaires concernant l’impression 3D : « Ce processus dépend de propriétés des matériaux qui n’ont pas pu être optimisées au cours du projet. Un ajustement est nécessaire pour obtenir un matériau imprimable en 3D. Malheureusement, nous avons été retardés en raison de la pandémie de Covid, nous aurions eu besoin d’un semestre supplémentaire », déclare Hans-Peter Deigner.
Le projet TriMaBone constitue une étape importante dans le domaine de la recherche sur les implants osseux, ouvrant la voie à des avancées prometteuses et bénéfiques pour les patients. Par exemple, l’utilisation d’implants osseux résorbables imprimés en 3D combinée à une thérapie à base de cellules souches peut améliorer la croissance et la régénération osseuse. L’intégration de macromolécules thérapeutiques au sein même de l’implant facilite également le processus de guérison. Grâce à ces avancées, l’avenir des implants osseux semble prometteur, offrant aux patients des solutions personnalisées plus efficaces et plus durables pour de nombreuses affections osseuses.
Le projet TriMaBone (pour « Trinational research initiative : 3D printing materials for resorbable bone implants », soit “Initiative de recherche trinationale : matériaux imprimables en 3D pour implants osseux résorbables”) a démarré en septembre 2019 et s’est achevé en août 2022. Cofinancé par l’Union européenne dans le cadre du programme Interreg V Rhin supérieur et par les partenaires régionaux français et allemands de l’initiative » Science Offensive « , il a rassemblé quatre partenaires académiques : Hochschule Furtwangen, Université de Haute-Alsace, Universität Koblenz-Landau et Fachhochschule Nordwestschweiz. Le dispositif Offensive Sciences: fort de son succès, le dispositif est amené à être reconduit pour la période 2021-2027, pour laquelle deux appels à projets sont prévus. Capitalisant sur le dynamisme de la coopération scientifique transfrontalière, les partenaires co-financeurs de l’Offensive Sciences souhaitent désormais soutenir le transfert et la valorisation des résultats de la recherche publique et renforcer l’influence positive des travaux scientifiques sur les entreprises et la société, au service du développement économique, social et environnemental de la Région Métropolitaine Trinationale du Rhin supérieur. Le quatrième appel à projet de l’Offensive Sciences est désormais lancé depuis le janvier 2023 (clotûre le 24 mars) et met l’accent sur le transfert de connaissances et de technologie tout en contribuant à la réalisation des objectifs de la Région Métropolitaine Trinationale du Rhin supérieur (RMT). Toutes les informations sur le dispositif sont disponibles sur le site internet du Pilier Sciences.