Les revêtements d’implants chirurgicaux intelligents fournissent un avertissement précoce d’échec tout en prévenant l’infection


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    Les revêtements “intelligents” nouvellement développés pour les implants orthopédiques chirurgicaux peuvent surveiller la tension sur les dispositifs afin de fournir une alerte précoce des échecs d’implant tout en tuant les bactéries à l’origine des infections, rapportent des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Les revêtements intègrent des capteurs flexibles avec une surface antibactérienne nanostructurée inspirée des ailes des libellules et des cigales.

    Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Avancées scientifiquesune équipe multidisciplinaire de chercheurs a découvert que les revêtements prévenaient l’infection chez les souris vivantes et cartographiaient les souches dans les implants commerciaux appliqués aux épines de mouton pour avertir de divers échecs d’implant ou de cicatrisation.

    “Il s’agit d’une combinaison de conception de nanomatériaux bio-inspirés avec une électronique flexible pour lutter contre un problème biomédical compliqué et à long terme”, a déclaré le responsable de l’étude Qing Cao, professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’U. of I.

    L’infection et la défaillance de l’appareil sont des problèmes majeurs avec les implants orthopédiques, chacun affectant jusqu’à 10% des patients, a déclaré Cao. Plusieurs approches pour lutter contre l’infection ont été tentées, mais toutes ont de graves limites, a-t-il déclaré : des biofilms peuvent encore se former sur des surfaces hydrofuges, et des revêtements chargés d’antibiotiques chimiques ou de médicaments s’épuisent en quelques mois et ont des effets toxiques sur l’environnement. tissu avec peu d’efficacité contre les souches résistantes aux médicaments de pathogènes bactériens.

    S’inspirant des ailes naturellement antibactériennes des cigales et des libellules, l’équipe de l’Illinois a créé une feuille mince à motifs de piliers nanométriques comme ceux que l’on trouve sur les ailes des insectes. Lorsqu’une cellule bactérienne tente de se lier à la feuille, les piliers perforent la paroi cellulaire, la tuant.

    “L’utilisation d’une approche mécanique pour tuer les bactéries nous a permis de contourner de nombreux problèmes liés aux approches chimiques, tout en nous donnant la flexibilité nécessaire pour appliquer le revêtement sur les surfaces des implants”, a déclaré le professeur de pathobiologie Gee Lau, co-auteur de l’étude.

    À l’arrière de la feuille nanostructurée, où elle entre en contact avec le dispositif d’implant, les chercheurs ont intégré des réseaux de capteurs électroniques flexibles très sensibles pour surveiller la contrainte. Cela pourrait aider les médecins à surveiller les progrès de guérison de chaque patient, guider leur rééducation pour raccourcir le temps de récupération et minimiser les risques, et réparer ou remplacer les appareils avant qu’ils n’atteignent le point de défaillance, ont déclaré les chercheurs.

    Le groupe d’ingénierie s’est ensuite associé à la professeure de médecine clinique vétérinaire Annette McCoy pour tester leurs prototypes d’appareils. Ils ont implanté les feuilles dans des souris vivantes et les ont surveillées pour tout signe d’infection, même lorsque des bactéries ont été introduites. Ils ont également appliqué les revêtements sur des implants rachidiens disponibles dans le commerce et surveillé les contraintes sur les implants dans les épines de mouton sous une charge normale pour le diagnostic de défaillance du dispositif. Les revêtements remplissaient bien les deux fonctions.

    Le prototype d’électronique nécessitait des fils, mais les chercheurs prévoient ensuite de développer des interfaces d’alimentation et de communication de données sans fil pour leurs revêtements, une étape cruciale pour l’application clinique, a déclaré Cao. Ils travaillent également au développement de la production à grande échelle de la feuille antibactérienne à texture nanopilier.

    “Ces types de revêtements antibactériens ont de nombreuses applications potentielles, et puisque le nôtre utilise un mécanisme mécanique, il a un potentiel pour les endroits où des produits chimiques ou des ions de métaux lourds – tels qu’ils sont actuellement utilisés dans les revêtements antimicrobiens commerciaux – seraient préjudiciables”, a déclaré Cao. a dit.

    La National Science Foundation et les programmes de recherche médicale dirigés par le Congrès américain ont soutenu ce travail.

    Houssen Moshinaly

    Rédacteur en chef d'Actualité Houssenia Writing. Rédacteur web depuis 2009.

    Blogueur et essayiste, j'ai écrit 9 livres sur différents sujets comme la corruption en science, les singularités technologiques ou encore des fictions. Je propose aujourd'hui des analyses politiques et géopolitiques sur le nouveau monde qui arrive. J'ai une formation de rédaction web et une longue carrière de prolétaire.

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