Un ligament artificiel qui s’intègre plus fortement à l’os de l’hôte que le meilleur matériau clinique a été créé à l’aide de nanotubes de carbone entrelacés. Lorsque le ligament nanotube a été transplanté dans les pattes de lapins et de moutons, ils ont pu courir et sauter normalement une fois guéris de l’opération.

Les ligaments relient les os entre eux et doivent résister à des contraintes longitudinales élevées tout en restant flexibles. Les ligaments naturels comprennent une hiérarchie en forme de corde de fibrilles de collagène à l’échelle nanométrique entrelacées pour former des fibres à l’échelle micrométrique qui sont tordues en faisceaux sous-fasciculaires. Lorsque les ligaments échouent complètement, trouver des remplacements est difficile. Le premier choix d’un chirurgien consiste généralement à prélever un tendon sur le corps du patient, mais cela peut entraîner des problèmes au niveau du site donneur. Alternativement, un cadavre peut être utilisé, mais cela pose des risques potentiels – bien que gérables – de rejet ou de transmission de maladies, ainsi qu’une disponibilité restreinte.

La production de ligaments artificiels reste difficile car ils doivent être à la fois solides et durables et former des interfaces solides et stables avec les os naturels. L’état de l’art actuel est constitué de fibres PET hélicoïdales. Des chercheurs de l’Université Fudan de Shanghai ont synthétisé des nanotubes de carbone à parois multiples d’un diamètre d’environ 10 nm par dépôt chimique en phase vapeur et les ont tordus en faisceaux hiérarchiques analogues à ceux des ligaments natifs. Lors d’essais en laboratoire, les fibres résultantes avaient une stabilité supérieure aux fibres de PET et des propriétés mécaniques proches des ligaments biologiques.

Les chercheurs ont ensuite enfilé les extrémités des ligaments des nanotubes dans des trous percés dans les fémurs et les tibias de lapins et de moutons – la procédure chirurgicale standard pour la reconstruction du ligament croisé antérieur. Treize semaines plus tard, les animaux pouvaient courir et sauter normalement. Lorsqu’ils ont disséqué les animaux, ils ont découvert que l’os s’était développé autour et même partiellement dans les ligaments des nanotubes. En revanche, lorsqu’ils ont étudié les corps d’animaux implantés avec des ligaments PET, ils ont constaté que les trous s’étaient élargis autour des ligaments artificiels. La force nécessaire pour éloigner les ligaments des nanotubes de l’os était 1,4 fois celle nécessaire pour détacher le ligament PET et similaire à la force nécessaire pour retirer le ligament natif. Les chercheurs pensent que la plus grande intégration ligament/os peut être en partie due au fait que le microenvironnement à l’intérieur des nanotubes de carbone active la formation osseuse cellulaire.

Les experts dans le domaine ont été prudemment élogieux. «La raison pour laquelle j’aime ces recherches, c’est qu’elles montrent la récupération fonctionnelle chez le mouton», déclare Yunzhi Peter Yang de l’université de Stanford en Californie. Ils doivent maintenant étudier les effets à long terme des implants sur les animaux. Une question sans réponse, note-t-il, est de savoir si l’échafaudage pourrait stimuler la croissance osseuse le long du ligament, entravant son mouvement.

Akhilesh Gaharwar de la Texas A&M University convient que « ce qui ressort de cette étude, c’est l’observation [bone-tissue integration] dans un modèle de remplacement du ligament croisé antérieur ». Cependant, « l’un des principaux problèmes est le peu de détails fournis sur les propriétés matérielles du ligament à base de nanotubes de carbone, un facteur qui pourrait avoir un impact significatif sur son applicabilité clinique et sa biocompatibilité ». Il souligne également que les coûts de fabrication et les problèmes réglementaires potentiels ne sont pas discutés. « En tant que telle, bien que cette étude nous propulse vers une direction passionnante dans les remplacements de ligaments, elle souligne également la nécessité de poursuivre les recherches pour évaluer de manière exhaustive les implications potentielles et l’efficacité de cette nouvelle technologie. »