Gerry Koons, étudiant en médecine / doctorat au Rice and Baylor College of Medicine, prépare un bioréacteur imprimé 3D pour les tests. (Crédit: Jeff Fitlow / Rice)

Une nouvelle technique consiste à développer des os vivants pour réparer les lésions cranofaciales en fixant un bioréacteur imprimé 3D - un moule - à une côte.

Les cellules souches et les vaisseaux sanguins de la côte infiltrent le matériau de l'échafaudage dans le moule et le remplacent par un os naturel adapté au patient.

Le bioingénieur Antonios Mikos, pionnier dans le domaine de l’ingénierie tissulaire, et ses collègues ont combiné les technologies qu’ils ont développées au cours d’un programme d’une décennie. L'objectif est de faire progresser la reconstruction cranofaciale en tirant parti des pouvoirs de guérison naturels du corps.

Les chercheurs ont mis au point une technique permettant de développer des implants osseux sur mesure afin de réparer les blessures à la mâchoire causées par les côtes d'un patient. (Crédit: Groupe de recherche Mikos)

La technique est en cours de développement pour remplacer les techniques de reconstruction actuelles qui utilisent des tissus de greffe osseuse provenant de différentes zones d'un patient, telles que la partie inférieure de la jambe, la hanche et l'épaule.

Substitut osseux

«Une innovation majeure de ce travail consiste à exploiter un bioréacteur imprimé 3D pour former un os développé dans une autre partie du corps tout en optimisant le défaut pour accepter le tissu nouvellement généré», déclare Mikos, professeur en bio-ingénierie et en génie chimique et biomoléculaire à Rice Université et membre de l'Académie nationale d'ingénierie et de l'Académie nationale de médecine.

«Des études antérieures ont mis au point une technique permettant de créer des greffes osseuses avec ou sans apport sanguin à partir de vrais os implantés dans la cavité thoracique», déclare le coauteur Mark Wong, professeur, président et directeur de programme du département de chirurgie buccale et maxillo-faciale de l'École. de dentisterie au Centre des sciences de la santé de l'Université du Texas à Houston.

«Cette étude a démontré que nous pouvions créer des greffes osseuses viables à partir de matériaux de substitution d’os artificiels. L'avantage important de cette approche est qu'il n'est pas nécessaire de prélever l'os d'un patient pour réaliser une greffe osseuse, mais que d'autres sources non autogènes peuvent être utilisées », explique-t-il.

Tricoté et couvert

Pour prouver leur concept, les chercheurs ont fait un défaut rectangulaire dans les mandibules de mouton. Ils ont créé un gabarit pour l’impression 3D et ont imprimé un moule implantable et une entretoise, toutes deux en PMMA, également appelé ciment osseux. Le but de l’entretoise est de favoriser la guérison et d’empêcher le tissu cicatriciel de remplir le site du défaut.

Ils ont retiré suffisamment d'os de la côte du modèle animal pour exposer le périoste, qui servait de source de cellules souches et de système vasculaire pour ensemencer du matériel d'échafaudage à l'intérieur du moule. Les groupes de test comprenaient des matériaux concassés de côte et de phosphate de calcium synthétique pour fabriquer l’échafaudage biocompatible.

Le moule, avec le côté de la nervure ouvert pour créer une interface étanche, est resté en place pendant neuf semaines avant d'être retiré et transféré sur le site du défaut, en remplacement de l'entretoise. Dans les modèles animaux, le nouvel os tricoté sur le vieux et le tissu mou s'est développé autour et recouvrait le site.

Pourquoi des côtes?

«Nous avons choisi d'utiliser des côtes car elles sont facilement accessibles et constituent une riche source de cellules souches et de vaisseaux, qui s'infiltrent dans l'échafaud et se développent dans un nouveau tissu osseux adapté au patient», explique Mikos. «Il n’est pas nécessaire de recourir à des facteurs de croissance exogènes ou à des cellules qui compliqueraient le processus d’approbation réglementaire et la conversion en applications cliniques.»

Les côtes offrent un autre avantage. «Nous pouvons potentiellement développer de nouveaux os sur plusieurs côtes en même temps», explique Gerry Koons, coauteur, étudiant en médecine / doctorat au Rice and Baylor College of Medicine et travaillant actuellement dans le laboratoire de Mikos.

Selon M. Mikos, l’utilisation de PMMA pour le moule et l’entretoise était une décision simple, car elle est réglementée en tant que dispositif médical pour les applications biologiques depuis des décennies. Au cours de la Seconde Guerre mondiale, lorsque les avions de combat utilisaient un pare-brise en PMMA, les médecins remarquèrent que les éclats incrustés dans les pilotes blessés ne causaient pas d'inflammation et le considéraient donc comme bénin. Bien que l'objectif initial de l'étude soit d'améliorer le traitement des blessures sur le champ de bataille, la vue d'ensemble comprend également les chirurgies civiles.

Les résultats apparaissent dans le Actes de l'Académie nationale des sciences.

À propos des auteurs

Coauteurs supplémentaires sont de riz; le centre des sciences de la santé de l'Université du Texas à Houston; Collège de médecine Baylor; Synthasome, Inc., San Diego; et centre médical de l'université Radboud, Pays-Bas.

La recherche a été financée par l’Institut de médecine régénérative des forces armées. Les instituts nationaux de la santé, la Fondation Osteo Science, le programme Barrow Scholars et la Fondation Robert et Janice McNair ont également apporté leur soutien à la recherche.

La source: Rice University

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