Régénération améliorée du tissu osseux grâce à une 3D

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3139 (2023) Citer cet article

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Les propriétés mécaniques et biologiques de l'acide polylactique (PLA) doivent être encore améliorées afin de pouvoir être utilisées pour l'ingénierie des tissus osseux (BTE). En utilisant une technique d’extrusion de matériaux, des échafaudages tridimensionnels (3D) PLA-Ti6Al4V (Ti64) avec des pores ouverts et des canaux interconnectés ont été fabriqués avec succès. Malgré le fait que la température de transition vitreuse du PLA ait augmenté avec l'ajout de Ti64, les températures de fusion et de cristallisation ainsi que la stabilité thermique des filaments ont légèrement diminué. Cependant, l'ajout de 3 à 6 % en poids de Ti64 a amélioré les propriétés mécaniques du PLA, augmentant la résistance ultime à la compression et le module de compression du PLA-3Ti64 à 49,9 MPa et 1,9 GPa, respectivement. De plus, les évaluations de fluidité ont révélé que tous les filaments composites répondaient aux exigences d'impression. Au cours du traitement des échafaudages par plasma, non seulement la valeur efficace (Rq) du PLA (1,8 nm) a augmenté jusqu'à 60 nm, mais son angle de contact (90,4°) a également diminué de manière significative jusqu'à (46,9°). L'analyse FTIR a confirmé l'hydrophilie plus élevée à mesure que les groupes contenant de l'oxygène devenaient plus intenses. En raison du rôle exceptionnel du traitement au plasma ainsi que de l'ajout de Ti64, une amélioration marquée a été observée dans la fixation, la prolifération des cellules souches mésenchymateuses de la gelée de Wharton (coloration au 4′, 6-diamidino-2-phénylindole) et la différenciation (phosphatase alcaline et alizarine). Coloration Rouge S). Sur la base de ces résultats, il semble que les échafaudages fabriqués aient des applications potentielles dans le BTE.

Les os humains sont sujets à des maladies et à des défauts graves tels que les traumatismes, l'ostéoporose et le cancer1. Pour soigner ces maladies, il est courant d'implanter dans l'organisme des substances métalliques non biodégradables, généralement à base de titane et d'acier inoxydable2. Cependant, cette approche a provoqué des interventions chirurgicales secondaires pour extraire le métal du corps, gaspillant du temps et des matériaux3. L’utilisation de substituts osseux a récemment attiré l’attention de nombreux experts pour réparer les os endommagés sans s’exposer aux désastres associés aux méthodes conventionnelles4. Cela est principalement dû au fait que ces matériaux biodégradables constituent des sites privilégiés pour la croissance de divers types de cellules et la régénération de nouveaux tissus osseux5. Cependant, il est crucial de mentionner que le type de substitut joue le rôle le plus important, car il doit présenter des caractéristiques similaires à celles de l’os initial. Ces caractéristiques vitales incluent une bonne stabilité mécanique, garantissant l’adhésion, la prolifération et la différenciation des cellules responsables de la régénération osseuse6. La plupart des substituts osseux fabriqués sont à base de métaux et de céramiques biocompatibles, ce qui indique une résistance suffisante7. Cependant, certains inconvénients limitent l’utilisation de ces substances dans des applications biosourcées. L’un des principaux problèmes est que le module de la plupart des céramiques et des métaux est nettement supérieur à celui des os, ce qui déséquilibre le transfert de charge et provoque une résorption osseuse en raison de l’effet de protection contre les contraintes8,9. De plus, plusieurs défauts des céramiques diminuent leur capacité à démontrer une ténacité acceptable. De plus, autour des implants métalliques, certains artefacts apparaissent lors de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et de la tomodensitométrie (TDM), invalidant l'exactitude des résultats10. Par conséquent, trouver un candidat biomatériau prometteur reste un défi de taille pour les chercheurs.

Actuellement, les polymères biocompatibles, comme le polyétheréthercétone (PEEK), la polycaprolactone (PCL) et l'acide polylactique (PLA), présentent un fort potentiel d'utilisation en ingénierie des tissus osseux (BTE), grâce à leur biodégradabilité, leur non-toxicité, leur non-immunogène et leur propriétés non inflammatoires 11. Parmi une large gamme de composés polymères, le PLA, un polyester aliphatique thermoplastique, a été présenté comme l'un des meilleurs candidats dans l'ingénierie des tissus durs. Ce polymère rentable possède une faible température de fusion et une biocompatibilité acceptable, ouvrant la voie à une utilisation dans le BTE12. Malgré les avantages du PLA, sa faible activité biologique et ses propriétés mécaniques sont considérées comme des inconvénients qui doivent être pris en compte13.