Poursuivant le sujet précédent sur les implants et les prothèses , le même groupe scientifique a proposé une technologie intéressante pour des études en laboratoire du comportement d'un implant orthopédique dans des conditions aussi proches que possible du corps humain. L'étude peut être réalisée in vitro, c'est-à -dire sans la participation d'animaux de laboratoire.
Endoprothèses - remplacer une articulation ou un os endommagé par une prothèse de haute technologie est une opération complexe qui utilise les matériaux métalliques, céramiques et polymères les plus avancés.
Tout matériau pour l'implant subit une série de tests, y compris la biocompatibilité et le comportement du matériau sous contrainte mécanique. Étant donné que les résultats de ces études dans des conditions de laboratoire traditionnelles sont très différents des véritables indicateurs d'usure, pour tester le comportement de l'implant dans un organisme vivant, il est implanté dans le corps d'un animal de laboratoire. Après un certain temps, généralement environ un an, l'implant est retiré et la biocompatibilité et le vieillissement du matériau sont évalués.
Des scientifiques du Center for Composite Materials NUST «MISiS» ainsi que des collègues de l'Université technique de Dortmund ont développé une technologie pour prévoir l'usure du matériau de la prothèse sous contrainte mécanique dans un environnement proche de la réalité. Un fluide spécialement synthétisé simulant le plasma sanguin humain et une installation servo-hydraulique de haute technologie ont complètement remplacé l'échantillon vivant expérimental.
Comme matériau de recherche, un polyéthylène biomimétique de très haut poids moléculaire développé par des scientifiques du Centre des matériaux composites de NUST «MISiS» a été utilisé.
"Nous avons fourni le matériel et proposé l'utilisation de plasma synthétique, et nos collègues de l'Université technique de Dortmund ont développé la technologie des tests de fatigue et mené une expérience sur leur équipement", commente Fedor Senatov, Ph.D. en physique et mathématiques, chercheur au Center for Composite Materials of NUST MISIS. - Le matériau a été soumis à deux types de charges mécaniques, simulant la charge du fémur et du tibia: cyclique et statique. Grâce à cette expérience, nous avons prouvé qu'il est possible de prédire in vitro le comportement d'un implant orthopédique dans un corps humain sans recourir à l'expérimentation animale. »
«Notre volonté était de proposer une alternative qui réduirait le nombre de tests sur des animaux qui, du point de vue de l'évaluation des propriétés de fatigue, sont inefficaces et contestables d'un point de vue éthique. Un autre aspect a été l'occasion de proposer une nouvelle méthode qui permettrait de tester la durabilité du matériau de l'implant en laboratoire. Dans la pratique mondiale, il n'existe toujours pas de normes pour étudier les propriétés de fatigue des implants dans un environnement biomimétique, ce qui est associé à des risques élevés d'utilisation de nouveaux matériaux. Nous travaillons dans le domaine du développement de tests, ce qui nous permet de prédire avec précision la durée de vie du matériau. Des expériences similaires ont déjà été menées par un groupe du professeur Walter (note - le chef du groupe de recherche du côté allemand) pour les implants métalliques et céramiques. Cette expérience est unique pour les polymères et n'a pas d'analogues mondiaux », explique Marina Knyazeva, représentante du groupe de recherche de l'Université technique de Dortmund.
Un autre avantage significatif de la technologie de recherche proposée par les scientifiques est le gain de temps. S'il faudrait environ un an pour évaluer le vieillissement chimique d'un implant dans un organisme vivant, des dizaines d'années seront nécessaires pour les tests de durabilité. Dans des conditions in vitro, le processus de vieillissement chimique et d'usure peut être considérablement accéléré. Si les indicateurs d'usure du matériau ne sont pas satisfaisants, cela deviendra rapidement connu et il sera possible de poursuivre les expériences avec d'autres échantillons.
Cependant, il est trop tôt pour parler de l'abandon total du rôle des animaux de laboratoire dans les tests de matériaux pour les prothèses.
«Notre technologie nous permettra de comparer plusieurs matériaux à la fois, sans en tester aucun sur des animaux. Cependant, lorsque le matériel le plus optimal de la liste sera trouvé, il devra être testé in vivo - dans des organismes vivants. Cela est principalement dû à la nécessité de vérifier la biocompatibilité du matériau, ainsi que ses paramètres orthopédiques - après tout, les patients peuvent rencontrer une variété de caractéristiques du système musculo-squelettique », explique Fedor Senatov.
Ainsi, les scientifiques proposent une technologie complète pour étudier le comportement de l'implant, où des expériences sur le vieillissement accéléré in vitro prédiront la durée de vie d'un implant potentiel, et des tests in vivo ultérieurs détermineront sa biocompatibilité.
L'article original se trouve dans le
Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials .