Des implants capables de « dialoguer » avec le corps?

Fabio Variola

Fabio Variola imagine des implants novateurs capables de stimuler l’implantation et la régénération osseuses.

par Tony Martins

Conscient de la dépendance croissante de notre population vieillissante envers les implants, Fabio Variola cherche à modifier la surface de métaux à vocation médicale pour améliorer l’implantation et la formation osseuses, et doter ces métaux de fonctions antibactériennes et anti-inflammatoires, à l’aide de la nano-ingénierie.
Les oeuvres de science-fiction débordent de ces percées biomédicales imaginaires qui ponctuent la quête de la vie éternelle dans l’espace.

Sur Terre, dans le monde réel, Fabio Variola imagine le même genre de percées pour notre population vieillissante, à la différence près que ses recherches pour améliorer la performance des implants sont fondées sur des données probantes.

Malgré les progrès récents de la médecine, les prothèses orthopédiques actuelles doivent être remplacées tous les 10 à 15 ans. Pourquoi? Comme l’a constaté le professeur Variola, la capacité du corps à tolérer les implants conventionnels est limitée.

« Comme le corps humain est sans doute le meilleur système biologique que nous connaissions, il est capable de s’adapter efficacement à de nouvelles situations », affirme Fabio Variola, professeur adjoint au Département de génie mécanique de l’Université d’Ottawa.

« Les implants actuels sont relativement efficaces, poursuit-il, mais il faudrait améliorer substantiellement leur capacité de s’intégrer aux tissus. Le corps réagit pour assurer l’intégration, mais le résultat final n’est pas toujours optimal. » 

Poursuivant une vision que ne renierait pas un auteur de science-fiction, le professeur Variola cherche à doter des métaux à vocation médicale de fonctions qui amélioreront la réaction biologique du corps : « L’objectif, c’est de créer une nouvelle génération de matériaux implantables qui peuvent améliorer les interactions avec le corps humain afin, par exemple, d’accélérer l’intégration et de produire des implants plus stables et durables. » 

Le professeur Variola semble travailler à la frontière de la fiction, car une grande partie des recherches dans cette branche du génie biomédical porte sur l’intégration osseuse des matériaux à l’échelle nanométrique, si petite qu’elle est presque impossible à se représenter.

Le préfixe nano s’applique à toute chose dont au moins une des dimensions caractéristiques est inférieure à 100 nanomètres. Un nanomètre est équivalent à un milliardième de mètre (10-9 m). Pour donner un ordre de grandeur, la largeur d’un cheveu humain est d’environ 100 000 nanomètres! 

« Il est maintenant bien connu que les éléments nanométriques ont une influence sur les activités cellulaires comme l’expression des gènes et des protéines, l’organisation cytosquelettique, etc. », indique le professeur. Pour contrôler et guider un processus biologique particulier par la signalisation physicochimique, il faut être en mesure de concevoir la surface des matériaux implantables avec une précision nanométrique.

Quel est le lien avec la vie de tous les jours? Le professeur Variola évoque une question de santé clé chez les aînés : l’affaiblissement des os de soutien avec l’âge. « S’ils ont besoin d’une prothèse, le chirurgien est obligé de l’implanter dans un os affaibli, souvent affecté par des conditions nuisibles. » 

« Par contre, poursuit-il, imaginez si vous pouviez forcer les cellules souches du patient à générer de l’os autour de l’implant? C’est possible en dotant la surface de métaux implantables de caractéristiques nanométriques favorisant la prolifération et la différenciation des cellules souches. Ultimement, la nano-ingénierie produira des matériaux capables de recruter automatiquement les cellules souches, sans intervention extérieure pour les amener au lieu d’implantation. » 

Une telle percée est sans doute encore loin. Toutefois, il a récemment été démontré que les surfaces métalliques nanoporeuses conçues par le professeur Variola pendant ses études à l’Université de Montréal et à l’Institut national de la recherche scientifique pouvaient accélérer la prolifération des cellules souches et peut-être même les amener à se transformer en cellules osseuses. Ce chercheur innovateur poursuit maintenant ses recherches cruciales à l’Université d’Ottawa.

L’approche nanométrique du professeur Variola promet d’autres avantages au-delà de l’intégration et de la régénération osseuses, « dont la libération contrôlée de médicaments directement au lieu d’implantation, explique-t-il.De nos jours, les effets secondaires et le manque de spécificité sont les plus grands problèmes de certains médicaments. » 

Pour pallier ces problèmes, Fabio Variola estime que des métaux implantables aux fonctions libératrices pourraient optimiser la libération des médicaments et la circonscrire là où elle est nécessaire. Ainsi, on augmenterait l’efficacité des traitements tout en éliminant les effets secondaires liés à un dosage excessif.

« Ces matériaux capables de stimuler la libération des médicaments peuvent être très efficaces pour limiter les infections bactériennes, l’inflammation, etc., non seulement en orthopédie, mais aussi en médecine dentaire et cardiovasculaire, des domaines que mes recherches actuelles et futures couvrent de façons diverses », dit le chercheur.

En poussant cette vision encore plus loin, il prévoit que la plus grande avancée dans son domaine sera la conception d’un matériau (et en définitive, d’un dispositif implantable) « capable non seulement d’envoyer des signaux aux tissus environnants, mais aussi de recevoir des signaux biologiques spécifiques et d’y réagir en temps réel. Grâce aux stratégies de nano-ingénierie, nous pourrons ainsi créer des surfaces “intelligentes” capables de “dialoguer” avec l’environnement biologique immédiat. 

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