Un développement révolutionnaire dans le domaine de la régénération osseuse a été réalisé grâce à la création d’un échafaudage piézoélectrique par une équipe de recherche dirigée par KAIST. Utilisant l’hydroxyapatite (HAp) pour générer des signaux électriques sous pression, cet échafaudage imite l’environnement naturel du tissu osseux, montrant des résultats prometteurs dans la promotion de la croissance osseuse grâce à des études en laboratoire et sur des animaux. Cette avancée ouvre de nouvelles voies pour la conception de biomatériaux et la compréhension des processus de régénération osseuse.
La régénération osseuse est une procédure compliquée, et les approches actuelles pour faciliter cette régénération, telles que les greffes et l’application de facteurs de croissance, se heurtent à des défis tels que des dépenses élevées. Cependant, une percée a été réalisée avec la création d’un matériau piézoélectrique capable d’améliorer le développement du tissu osseux.
Une équipe de recherche KAIST dirigée par le professeur Seungbum Hong du Département de science et d’ingénierie des matériaux (DMSE) a annoncé le 25 janvier le développement d’un échafaudage biomimétique qui génère des signaux électriques lors de l’application d’une pression en utilisant la capacité ostéogénique unique de l’hydroxyapatite (HAp). . Cette recherche a été menée en collaboration avec une équipe dirigée par le professeur Jangho Kim du Département d’ingénierie des biosystèmes de convergence de l’Université nationale de Chonnam.
Le HAp est un phosphate de calcium basique présent dans les os et les dents. Cette substance minérale biocompatible est également connue pour prévenir la carie dentaire et est souvent utilisée dans les dentifrices.
Percée dans la régénération osseuse
Des études antérieures sur les échafaudages piézoélectriques ont confirmé les effets de la piézoélectricité sur la promotion de la régénération osseuse et l’amélioration de la fusion osseuse dans divers matériaux à base de polymères, mais elles étaient limitées dans la simulation de l’environnement cellulaire complexe requis pour une régénération optimale du tissu osseux. Cependant, cette recherche suggère une nouvelle méthode permettant d’utiliser les capacités ostéogéniques uniques de l’HAp pour développer un matériau qui imite l’environnement du tissu osseux d’un corps vivant.
Figure 1. Conception et caractérisation d’échafaudages biomimétiques d’origine piézoélectrique et topographique. (a) Représentation schématique du mécanisme amélioré de régénération osseuse grâce à des signaux électriques et topographiques fournis par des échafaudages P (VDF-TrFE) incorporés à HAp. (b) Diagramme schématique du processus de fabrication. Crédit : Laboratoire d’imagerie et d’intégration des matériaux KAIST
L’équipe de recherche a développé un procédé de fabrication qui fusionne le HAp avec un film polymère. L’échafaudage flexible et autonome développé grâce à ce processus a démontré son potentiel remarquable pour favoriser la régénération osseuse grâce à des expériences in vitro et in vivo chez le rat.
Comprendre les principes de la régénération osseuse
L’équipe a également identifié les principes de régénération osseuse sur lesquels repose leur échafaudage. À l’aide de la microscopie à force atomique (AFM), ils ont analysé les propriétés électriques de l’échafaudage et évalué les propriétés de surface détaillées liées à la forme cellulaire et à la formation de protéines squelettiques cellulaires. Ils ont également étudié les effets de la piézoélectricité et des propriétés de surface sur l’expression des facteurs de croissance.
Figure 1. Conception et caractérisation d’échafaudages biomimétiques d’origine piézoélectrique et topographique. (a) Représentation schématique du mécanisme amélioré de régénération osseuse grâce à des signaux électriques et topographiques fournis par des échafaudages P (VDF-TrFE) incorporés à HAp. (b) Diagramme schématique du processus de fabrication. Crédit : Laboratoire d’imagerie et d’intégration des matériaux KAIST
Professeur Hong de KAISTLe DMSE de a déclaré : « Nous avons développé un matériau composite piézoélectrique à base de HAp qui peut agir comme un « bandage osseux » grâce à sa capacité à accélérer la régénération osseuse. Il a ajouté : « Cette recherche suggère non seulement une nouvelle direction pour la conception de biomatériaux, mais est également importante dans la mesure où elle a exploré les effets de la piézoélectricité et des propriétés de surface sur la régénération osseuse. »
Cette recherche a été soutenue par l’équipe de recherche et de développement KAIST, le centre de recherche commun KUSTAR-KAIST, le projet KAIST Global Singularity et le projet de recherche fondamentale financé par le gouvernement par la Fondation nationale de recherche de Corée.
