disparaît sans laisser de trace.
En 2017, le quarterback des Green Bay Packers, Aaron Rodgers, s'est cassé la clavicule droite lors d'un match contre les Minnesota Vikings. En général, il faut environ 12 semaines pour qu'une clavicule guérisse complètement, mais à la mi-décembre, les fans et les commentateurs espéraient que le triple MVP pourrait se rétablir plus tôt et sauver une saison perdue. C'était également le cas de Xudong Wang, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'université du Wisconsin-Madison et expert dans la création de dispositifs médicaux minces, alimentés par le mouvement. "J'ai commencé à me demander si nous pouvions fournir une nouvelle solution pour ramener les athlètes sur le terrain plus rapidement que jamais", dit Wang. Les chercheurs ont publié l'article "An implantable and bioresorbable electrostimulation device with its own power supply for the healing of bone fractures with biofeedback" dans PNAS.
Les chercheurs savent que l'électricité peut aider à accélérer la guérison des os, mais le "zapping" des fractures n'a jamais vraiment été adopté, car il nécessite l'implantation et le retrait chirurgical d'électrodes alimentées par une source externe. La dernière invention de Wang, une mise à jour majeure de ce même concept d'électrostimulation, n'est pas arrivée à temps pour aider les Packers de 2017 - mais elle pourrait en aider beaucoup d'autres en faisant de l'électrostimulation une option beaucoup plus pratique pour accélérer la guérison des os. Son dispositif fin et flexible est auto-alimenté, implantable et biorésorbable, de sorte qu'une fois l'os reconstitué, les composants du dispositif se dissolvent dans l'organisme.
L'os est un matériau piézoélectrique, ce qui signifie qu'il produit une petite quantité d'électricité lorsqu'il est soumis à une tension. Ces secousses électriques stimulent les facteurs qui favorisent la croissance et la guérison des os, ce qui explique pourquoi l'électrostimulation est une thérapie efficace. S'il existe des stimulateurs externes qui créent un champ électrique pour accélérer indirectement la guérison, la solution idéale consiste à stimuler l'os directement. L'insertion de l'appareil à l'intérieur du corps présente toutefois des exigences particulières, notamment en ce qui concerne son alimentation, selon M. Wang.
"L'idéal serait que le dispositif soit autogénérateur, ce qui n'existait pas auparavant", explique-t-il. Pour créer le nouveau dispositif d'électrostimulation des fractures, ou FED, Wang et son équipe ont commencé par utiliser un nanogénérateur triboélectrique, un dispositif à couche mince doté de surfaces microstructurées qui convertit l'énergie mécanique produite par de minuscules mouvements en énergie électrique. Ils ont couplé le nanogénérateur à une paire d'électrodes pour distribuer le champ électrique à l'os. Ils ont construit ces composants ultraminces, biodégradables et biorésorbables sur un substrat de poly(acide lactique-co-glycolique), un polymère biocompatible couramment utilisé et approuvé par la FDA.
Les premiers tests des chercheurs ont confirmé que de petits mouvements du dispositif créaient effectivement une stimulation électrique d'environ 4 volts, qu'il pouvait maintenir pendant plus de six semaines. Ils ont ensuite testé le dispositif sur des rats. Les animaux auxquels on a implanté le dispositif ont complètement récupéré d'une fracture du tibia en six semaines environ, beaucoup plus rapidement que les animaux d'un groupe témoin. La densité minérale et la résistance à la flexion des os guéris ont également atteint le même niveau que les os sains des animaux ayant reçu l'électrostimulation. Après le traitement, les dispositifs se sont dégradés et absorbés dans l'organisme des rats sans complications et sans qu'il soit nécessaire de les retirer chirurgicalement. Selon Wang, il est possible de régler avec précision la durée de vie du stimulateur dans l'organisme - de quelques semaines à plusieurs mois - en modifiant les propriétés du matériau biorésorbable qui recouvre le dispositif.
À terme, M. Wang aimerait mettre à l'échelle le dispositif d'électrostimulation par fracture afin qu'il puisse fonctionner chez l'homme. Mais pour ces dispositifs autoalimentés, la source d'énergie peut être un facteur. "En général, lorsqu'une personne a un os cassé, elle doit restreindre ses mouvements", explique-t-il. En d'autres termes, une personne portant un plâtre risque de ne pas produire suffisamment d'énergie mécanique pour alimenter le nanogénérateur triboélectrique.
"La façon dont un rat se déplace fournit une stimulation constante pour le dispositif, mais pour un os cassé chez un humain qui ne peut pas être déplacé, c'est un problème", explique Wang. Cependant, le corps humain fournit des sources de mouvement pratiquement infinies qui pourraient alimenter le dispositif d'électrostimulation de fracture si l'os cassé doit rester immobile. "Nous pourrions avoir besoin que le dispositif réponde à d'autres types de sources mécaniques internes, comme les variations de la pression sanguine", déclare Wang, qui se tourne déjà vers l'avenir du FED. "Il sera très intéressant et important d'étudier le passage de l'animal à l'homme", ajoute-t-il.
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