L'équipe de scientifiques de la petite entreprise innovante Biomimetix, réalisant le développement de NUST «MISiS», a pour la première fois dans le monde implanté avec succès une prothèse hybride biomimétique imitant la structure de l'os à partir de polyéthylène de très haut poids moléculaire et d'alliage de titane dans le fémur. L'opération réussie a été commandée par l'une des cliniques vétérinaires de Moscou MedVet.
L'opération d'implantation d'une prothèse biomimétique expérimentale (de structure similaire aux tissus d'un organisme vivant) pour un chien souffrant d'ostéosarcome du fémur a été réalisée avec succès en août 2018. Au bout de quelques jours, l'animal a pu à nouveau marcher et, selon les prévisions, la mobilité va bientôt se rétablir complètement.
L'ostéosarcome (sarcome ostéogénique) est une tumeur cancéreuse à croissance rapide dont les cellules proviennent du tissu osseux, entraînant sa destruction progressive et, par conséquent, une perte de mobilité. L'ostéosarcome est le type de tumeur osseuse le plus courant chez l'homme et l'animal.
Le traitement comprend nécessairement un cours de chimiothérapie et de chirurgie pour retirer les tissus affectés. Les technologies avancées permettent de réaliser une chirurgie préservant les organes - dans ce cas, un implant en métal, en céramique ou en polymère est placé à la place de la partie retirée de l'os. Malgré le fait que ces prothèses peuvent restaurer la mobilité, leur structure est très différente de celle du tissu osseux, ce qui peut entraîner un certain nombre de difficultés importantes.
Fig. 1 - Radiographie du membre postérieur de l'animal avant la chirurgie. L'ostéosarcome affecte près de 11 cm de tissu osseux.«Les matériaux traditionnels pour les prothèses médicales présentent un certain nombre d'inconvénients importants: par exemple, les implants en titane supportent une charge trop importante destinée aux os, et ces derniers commencent à s'amincir. Dans cette situation, l'os à la jonction avec la prothèse peut se casser. La céramique est une autre option, mais elle est plus fragile, ce qui peut limiter la taille de l'os remplacé. De plus, la structure de ces matériaux ne leur permet pas de «croître ensemble» avec l'os - une fixation étanche constante est nécessaire », explique Fedor Senatov, directeur général de Biomimetix, chercheur au Centre des matériaux composites de NUST« MISiS ».
L'équipe Biomimetix développe des implants biomimétiques depuis plusieurs années. Les scientifiques travaillent avec du polyéthylène à très haut poids moléculaire - un matériau biocompatible éprouvé - mais le modifient de manière unique, donnant aux implants la structure souhaitée. Il s'agit de la première expérience au monde dans la création de prothèses biomimétiques à partir d'un tel matériau polymère.
Fig. 2 - Image radiographique du membre postérieur de l'animal après la pose de l'implant.
Sur ordre du réseau de centres vétérinaires MedVet, en août de cette année, l'équipe Biomimetix a développé une prothèse fémorale biomimétique expérimentale pour un chien atteint d'ostéosarcome.
«Puisque le chien s'est avéré être grand - le dogue, s'est habitué à bouger activement, et il a fallu environ 11 cm pour retirer l'os, il a été décidé d'hybrider la prothèse. Sur un tube en titane fabriqué par impression 3D par nos partenaires, Konmet, nous avons construit une couche de polyéthylène de très haut poids moléculaire continu, et l'intérieur était en polyéthylène poreux de très haut poids moléculaire identique à la structure de l'os spongieux. Pendant l'opération, une partie du revêtement a été coupée pour «adapter» l'implant à l'os. Quelques jours après l'opération, le chien a pu marcher pleinement. Si la fusion du polymère avec le tissu osseux réussit, après un certain temps, il sera possible de retirer les plaques de fixation », explique Fedor Senatov.
Fig. 3 - Implants avec un composant de renfort en titane, un noyau polymère "spongieux" et une coque polymère "corticale".«Mes collègues et moi avons réalisé avec succès une opération de prothèse. L'implant est solide, sa taille correspond au poids du chien et à la taille de l'os. Les résultats à long terme sont plus importants ici, de sorte que l'implant est implanté et se développe dans l'os. Il y aura ensuite de grands progrès, mais cela prend du temps. Pendant que nous observons le chien, il subit actuellement une chimiothérapie », explique le médecin-chef de MedVet, Ph.D. Ilya Vilkovsky.
Selon les développeurs, la préparation a pris 2 semaines, pendant lesquelles ils ont fait:
- développement de la conception d'implants pour rayons X,
- Modélisation 3D
- réalisation de simulations informatiques,
- développement de solutions d'ingénierie pour changer la technologie de création d'un implant hybride,
- obtenir des échantillons d'essai,
- réalisation d'essais mécaniques,
- fabrication de l'implant final.