Les chercheurs en biologie sur les rotules

25. août 2008
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Les matériaux de régénération osseuse ont longtemps été considérés comme les bébés des alambics biotech. Peu de cliniques s'en réjouissent. Mais l'orthopédie du futur doit s'adapter : les os qui repoussent sur des matrices spéciales font aussi bien partie du répertoire de la médecine des os du futur que les matériaux de régénération osseuse résorbables.

D’un point de vue économique, les faits parlent d’eux-mêmes. Une enquête de la Communauté Européenne chiffre à 750 000 le nombre annuel d’opérations de la hanche dans le monde. À ce chiffre viennent s’ajouter 100 000 opérations de correction – dont la moitié en Europe – dans le même laps de temps. Les 500 000 opérations du genou et les 70 000 refixations représenteraient également des débouchés classiques pour les matériaux biologiques en relation directe ou indirecte avec la structure osseuse de l’homme. Le besoin pour les générations à venir est encore plus grand. Du fait de la croissance démographique, le nombre des adultes à la retraite dépassera le milliard dans 50 ans dans le monde et un Européen sur 3 aura plus de 60 ans.

Mais c’est exactement ce groupe qui, en prenant de l’âge, se trouve confronté à des besoins dans le domaine des os. Il y a déjà 10 ans, la Communauté Européenne estimait à 8 milliards d’euros le marché orthopédique des matériaux biologiques et le taux de croissance entre 5 et 8 %. Les implants de hanche seuls comptaient pour environ 30%. Ne soyons donc pas étonnés que la Communauté Européenne ne soit pas la seule à soutenir les projets de recherche dans ce domaine. Que ce soit les universités ou bien les entreprises, tous cherchent le « meilleur » matériel pour un comblement osseux et l’aide optimale pour consolider l’os. Seulement : où en est la médecine aujourd’hui ?

Les enfants comme modèle

Les progrès dans ce domaine de la régénération osseuse sont évidents. C’est ainsi qu’un groupement de recherche sur la régénération osseuse s’est établi à la faculté de médecine de l’université de Rostock – et explore de nouveaux horizons. L’utilisation d’implants et de cellules souches adultes seraient ainsi en mesure de déclencher chez les patients d’un certain âge notamment ce que l’organisme d’un enfant surmonte seul en temps normal : la régénération du matériel osseux suite à des fractures ou autres troubles. Un rapport du groupe de travail « biologie cellulaire » autour du Professeur Joachim Rychly de Rostock établit que « l’interaction des surfaces des implants avec les cellules-souches devrait montrer comment les matériaux contrôlent les cellules pour la régénération osseuse ».

Son approche est en effet probablement innovante, car les chercheurs emploient d’un côté des matériaux de consolidation osseuse particuliers qui se résorbent après l’implantation quand l’os s’est régénéré. Des implants permanents sont utilisés d’un autre côté pour le comblement osseux et font par exemple fonction d’articulation artificielle.
Un exemple venant de Warnemünde nous montre comment une telle approche a pu s’établir sur le marché des produits médicaux. En 2003, les médecins Thomas Greber et Walter Gerike de Rostock établirent l’entreprise qu’ils avaient fondée « Artoss » au Centre de recherche sur les matériaux biologiques et les techniques des systèmes biologiques (Forschungszentrum für Biomaterialien und Biosystemtechnik) et démontrèrent que la régénération osseuse est un sujet très complexe. Sur la page d’accueil du site Internet de l’entreprise, il est écrit que « l’os n’est pas une masse morte en repos mais un organe parsemé de vaisseaux sanguins et qui est en permanence parcouru par un mécanisme de construction et de résorption, le Remodelling. Même sur un squelette adulte, environ 10% des os se modifient tous les ans ». « Dans le cas d’un matériel de consolidation osseuse idéal, la résorption du matériel biologique est couplée à la consolidation osseuse. C’est seulement possible quand le matériel de remplacement osseux participe à la consolidation et la résorption naturelle osseuse – au Remodelling – et donc qu’il est résorbé exclusivement par les ostéoclastes ».

Calculatrice de jeux d’échec comme stimulant osseux

Ce qui signifie aussi que, du fait d’un matériel de consolidation nanostructuré, le produit développé à Warnemünde permet la formation de nouveaux tissus osseux – et se résorbe ce faisant comme d’autres produits. Les nano granulés ont été utilisés environ 80 000 fois dans le monde, les affaires marchent bien. La demande globale en matériaux de consolidation et de remplacement osseux intéresse les médecins allemands, pas seulement à Rostock ou Warnemünde. Les chercheurs de l’institut Fraunhofer de technologie de manufacture et de recherche appliquée de matériaux IFAM à Brème par exemple ont développé un programme de simulation qui calcule exactement la structure interne et la répartition en densité du matériel osseux. De cette manière, la structure matérielle s’adapte à d’autres éléments par avance. Mais l’originalité vient plutôt du fait que le programme simule la manière dont la structure doit être fournie afin que cela suffise aux exigences établies. « Des implants individuels avec une structure interne qui ressemble à celle des os des patients sont faciles à produire », commente l’IFAM sur la nouvelle technologie. « On peut aussi reproduire d’autres parties d’os comme certaines du genou avec de la poudre métallique de matériaux biologiques comme des alliages en titane ou acier ».

Même le bolide en calcul jadis connu pour ses parties d’échec, Blue Gene, ne peut éviter l’offensive de la médecine de l’os. Les chercheurs de l’ETH Zürich et du laboratoire de recherche d’IBM ont annoncé le 2 juillet dernier à Rüschlikon avoir mené à bien « la simulation la plus complète de la structure osseuse humaine à l’aide d’un super ordinateur, le Blue Gene d’IBM ».
Les informations que peut délivrer Blue Gene devraient en fin de compte intéresser à leur tour les chasseurs d’os allemands : les experts du pays alpins poursuivent en disant que la simulation permettrait de d’établir  » avec la plus grande probabilité à quel endroit et avec quelle force l’os se casse « .

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