Un nouvel implant imprimé en 3D pourrait révolutionner le contrôle des infections en chirurgie

Un nouvel implant chirurgical développé par des chercheurs de l’Université de l’État de Washington a pu tuer 87 % des bactéries responsables des infections à staphylocoques lors de tests en laboratoire tout en restant solide et compatible avec les tissus environnants, comme les implants actuels.

Les travaux, rapportés dans le Journal international de fabrication extrême, pourrait un jour conduire à un meilleur contrôle des infections dans de nombreuses interventions chirurgicales courantes, telles que les arthroplasties de la hanche et du genou, pratiquées quotidiennement dans le monde entier. La colonisation bactérienne des implants est l’une des principales causes de leur échec et de mauvais résultats après chirurgie.

Les infections sont un problème pour lequel nous n’avons pas de solution. Dans la plupart des cas, l’implant n’a aucune défense contre l’infection. Nous devons trouver quelque chose dans lequel le matériau du dispositif lui-même offre une certaine résistance inhérente – plus qu’un simple contrôle des infections par des médicaments. Ce que nous disons ici, c’est pourquoi ne pas modifier le matériau lui-même et obtenir une réponse antibactérienne inhérente du matériau lui-même ? »

Amit Bandyopadhyay, auteur correspondant de l’article et professeur émérite Boeing à l’École de génie mécanique et des matériaux de la WSU

Les matériaux en titane pour les arthroplasties de la hanche et du genou et autres implants chirurgicaux ont été développés il y a plus de 50 ans et ne sont pas bien adaptés pour vaincre les infections. Bien que les chirurgiens traitent souvent de manière préventive avec des antibiotiques, une infection potentiellement mortelle peut survenir immédiatement après l’intervention chirurgicale ou sous forme d’infection secondaire des semaines ou des mois plus tard. Une fois qu’une infection se forme sous la forme d’un film fin et squameux sur un implant, les médecins tentent de la traiter avec des antibiotiques systémiques. Cependant, dans environ 7 % des cas de chirurgie implantaire, les médecins doivent procéder à une intervention chirurgicale de révision en retirant l’implant, en nettoyant la zone, en ajoutant des antibiotiques et en insérant un autre implant.

Grâce à la technologie d’impression 3D, les chercheurs de la WSU ont ajouté 10 % de tantale, un métal résistant à la corrosion, et 3 % de cuivre à l’alliage de titane généralement utilisé dans les implants. Lorsque les bactéries entrent en contact avec la surface en cuivre du matériau, presque toutes les parois cellulaires de ces bactéries se rompent. Dans le même temps, le tantale favorise la croissance cellulaire saine avec les os et les tissus environnants, ce qui accélère la guérison du patient. Les chercheurs ont passé trois ans à mener une étude approfondie de leur implant, évaluant ses propriétés mécaniques, sa biologie et sa réponse antibactérienne en laboratoire et sur des modèles animaux. Ils ont également examiné l’usure pour s’assurer que les ions métalliques de l’implant ne s’usent pas et ne s’infiltrent pas dans les tissus environnants et ne provoquent pas d’effets toxiques.

« Le plus grand avantage de ce type d’appareil multifonctionnel est que vous pouvez l’utiliser à la fois pour le contrôle des infections et pour une bonne intégration du tissu osseux », a déclaré la co-auteure Susmita Bose, professeur émérite de Westinghouse à l’école. « Les infections étant un problème majeur dans le monde chirurgical d’aujourd’hui, rien de tel que de disposer d’un appareil multifonctionnel capable de faire les deux. »

Les chercheurs poursuivent leurs travaux et espèrent améliorer le taux de mortalité bactérienne à plus de 99 % sans compromettre l’intégration tissulaire. Ils veulent également s’assurer que les matériaux fonctionnent bien dans les conditions de stress réelles que les patients pourraient rencontrer, comme la randonnée en cas d’arthroplastie du genou.

Les chercheurs travaillent avec le bureau de commercialisation de la WSU et ont déposé une demande de brevet provisoire. Le travail a été financé par les National Institutes of Health et a impliqué une collaboration avec des chercheurs de l’Université de Stanford et du Collège de médecine vétérinaire de la WSU.