Dans une récente publication dans le magazine NatureLes chercheurs de l’Institut des sciences fondamentales (IBS) en Corée du Sud ont réalisé des progrès significatifs dans la technologie des biomatériaux et la médecine de réadaptation. Ils ont développé une nouvelle approche de guérison des blessures musculaires en utilisant des « prothèses tissulaires injectables » sous forme d’hydrogels conducteurs et en les combinant avec un système de rééducation robotisé.
Imaginons que vous nagez dans la mer. Un énorme requin s’approche et mord un énorme morceau de chair de votre cuisse, provoquant une perte totale des fonctions motrices/sensorielles de votre jambe. Si elles ne sont pas traitées, des lésions musculaires aussi graves entraîneraient une perte permanente de fonction et un handicap. Comment diable peut-on se remettre d’une telle blessure ?
Les méthodes de réadaptation traditionnelles pour ce type de lésion musculaire recherchent depuis longtemps un système de rééducation de la marche en boucle fermée efficace combinant des exosquelettes légers et des dispositifs portables/implantables. Un tel système prothétique de soutien est nécessaire pour aider les patients à récupérer les fonctions sensorielles et motrices associées aux lésions nerveuses et musculaires.
Malheureusement, les matériaux électroniques existants ne sont pas compatibles avec les tissus mous en raison de leurs propriétés mécaniques et de leur rigidité. Cela entraîne des frictions et une éventuelle inflammation, retardant la rééducation du patient.
Pour surmonter ces limites, les chercheurs de l’IBS se sont tournés vers un matériau couramment utilisé comme agent de comblement des rides : l’acide hyaluronique. Cette substance a été utilisée pour développer un hydrogel injectable pour « prothèses tissulaires » qui peut combler temporairement le vide du tissu musculaire/nerf manquant pendant sa régénération. La nature injectable de ce matériau lui confère un avantage significatif par rapport aux dispositifs bioélectroniques traditionnels, inadaptés aux zones étroites, profondes ou petites et nécessitant des interventions chirurgicales invasives.
Grâce à ses fortes propriétés « tissulaires », cet hydrogel se lie parfaitement aux tissus biologiques et peut être facilement administré aux zones difficiles d’accès du corps sans chirurgie. Les réticulations réversibles et irréversibles au sein de l’hydrogel s’adaptent aux fortes contraintes de cisaillement lors de l’injection et assurent ainsi une excellente stabilité mécanique. Cet hydrogel contient également des nanoparticules d’or qui lui confèrent de bonnes propriétés électriques. Sa nature conductrice permet la transmission efficace des signaux électrophysiologiques entre les deux extrémités des tissus lésés. De plus, l’hydrogel est biodégradable, le patient ne nécessite donc aucune intervention chirurgicale supplémentaire.
Avec des propriétés mécaniques similaires à celles des tissus naturels, une adhésion tissulaire exceptionnelle et des propriétés injectables, les chercheurs pensent que ce matériau offre une nouvelle approche de la rééducation.
Ensuite, les chercheurs ont testé cette nouvelle idée sur des modèles de rongeurs. Pour simuler une perte musculaire volumétrique, un gros morceau de muscle a été retiré des pattes postérieures de ces animaux. En injectant l’hydrogel et en implantant deux types de dispositifs d’interface tissulaire extensibles pour la détection et la stimulation électriques, les chercheurs ont pu améliorer la démarche des rongeurs « blessés ». Les prothèses en hydrogel ont été associées à une assistance robotique contrôlée par des signaux d’électromyographie musculaire. Ensemble, les deux ont contribué à améliorer la démarche de l’animal sans stimulation nerveuse. De plus, la régénération à long terme du tissu musculaire a été efficacement améliorée après l’utilisation de l’hydrogel conducteur pour combler les lésions musculaires.
L’hydrogel conducteur injectable développé dans cette étude présente d’excellentes performances d’enregistrement et de stimulation des signaux électrophysiologiques et offre le potentiel d’étendre ses applications. Elle représente une nouvelle approche dans le domaine des dispositifs bioélectroniques et est prometteuse en tant que prothèse des tissus mous pour le soutien à la rééducation.
Soulignant l’importance de la recherche, le professeur SHIN Mikyung déclare : « Nous avons développé une prothèse de tissus mous injectable, mécaniquement robuste et électriquement conductrice, idéale pour traiter des lésions musculaires graves nécessitant une rééducation neuromusculo-squelettique. Le développement de cet hydrogel injectable utilisant une nouvelle méthode de réticulation est une réussite remarquable. Nous pensons qu’elle sera applicable non seulement aux muscles et aux nerfs périphériques, mais également à divers organes tels que le cerveau et le cœur.
Le professeur SON Donghee a ajouté : « Dans cette étude, le système fermé de rééducation de la marche, qui comprend un hydrogel injectable robuste et des capteurs extensibles et auto-cicatrisants, pourrait améliorer considérablement les perspectives de rééducation des patients souffrant de problèmes neurologiques et musculo-squelettiques. Cela pourrait également jouer un rôle crucial dans le diagnostic et le traitement précis de divers organes du corps humain.
L’équipe de recherche mène actuellement d’autres études pour développer de nouveaux matériaux pour la régénération des tissus nerveux et musculaires qui peuvent être implantés de manière mini-invasive. Ils explorent également le potentiel de guérison de diverses lésions tissulaires en injectant l’hydrogel conducteur, éliminant ainsi le besoin d’une intervention chirurgicale ouverte.