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Les sutures sont utilisées depuis des milliers d’années pour les interventions médicales, les matériaux les plus anciens étant le lin ou l’intestin de chat.
Les sutures utilisées aujourd’hui sont aujourd’hui classées en deux catégories différentes, d’abord par composition, soit en matériaux naturels ou synthétiques, soit en absorption, soit non résorbables ou résorbables. Les matériaux résorbables se dégradent dans le corps principalement par une dégradation programmée causée par l’interaction de l’eau avec des groupes chimiques spécifiques dans la chaîne polymère. Ainsi, ces matériaux sont utilisés pour maintenir une plaie ensemble pendant une période suffisamment longue pour la cicatrisation sans qu’il soit nécessaire de l’enlever.
Dans cette vidéo, nous aborderons les mécanismes à l’origine de la dégradation des matériaux résorbables et montrerons comment évaluer l’évolution de la résistance des matériaux au fil du temps lorsqu’ils sont exposés à différents environnements.
Les matériaux résorbables se dégradent principalement dans l’organisme par dégradation oxydative, hydrolytique et enzymatique. Les matériaux peuvent subir une oxydation in vivo lorsque le corps réagit au corps étranger et libère des espèces oxydatives pour l’attaquer. L’effet oxydatif sur les polymères peut provoquer une scission en chaîne et contribuer à la dégradation. Dans la dégradation hydrolytique, l’eau attaque les liaisons sensibles dans le polymère pour générer des oligomères et enfin des monomères.
Les polyesters comme la polydioxanone sont couramment utilisés comme matériaux résorbables car le groupe ester est facilement dégradé par hydrolyse. Une fois le matériau implanté, il commence à absorber l’eau. La scission hydrolytique commence alors partout où le matériau est en contact avec l’eau. Les matériaux hydrophiles absorbent plus d’eau et se dégradent donc plus rapidement. Cependant, les matériaux hydrophobes absorbent l’eau plus lentement et ont tendance à se dégrader de l’extérieur vers l’intérieur.
Les enzymes dans le corps catalysent diverses réactions et, par conséquent, catalysent également la dégradation hydrolytique des matériaux. La réaction d’hydrolyse est catalysée par des enzymes appelées hydrolases qui peuvent augmenter le taux de dégradation hydrolytique jusqu’à 10 fois. Au fur et à mesure que le matériau se dégrade, les propriétés mécaniques du matériau changent également.
Voyons comment analyser l’évolution de la résistance des matériaux résorbables au fil du temps en raison de la dégradation hydrolytique dans des environnements acides, neutres et alcalins.
Pour cette expérience, procurez-vous deux types de sutures résorbables. Ici, nous utilisons du polyglyconate et du polydioxanone.
Préparez six tubes d’échantillon à bouchon à vis, chacun étiqueté avec la date, le type d’échantillon et la solution dans laquelle l’échantillon sera placé. Il doit y avoir une solution acide, une solution alcaline et une solution neutre pour chaque type d’échantillon. Ici, nous montrons un exemplaire de chaque échantillon. Cependant, vous devez préparer trois échantillons de chaque type de suture pour chaque point temporel.
Ensuite, ouvrez l’emballage de la suture et retirez la suture. Coupez l’aiguille de la suture et jetez-la dans le récipient pour objets tranchants. Coupez chaque suture en trois morceaux d’environ 10 à 12 pouces de long. Prenez note des caractéristiques physiques de la suture. À l’aide d’un pied à coulisse, mesurez le diamètre de chaque suture et notez la dimension initiale.
Enfin, pesez chaque suture, notez le poids et placez une suture dans chaque tube d’échantillon. Remplissez les tubes d’échantillon neutres avec suffisamment d’eau désionisée pour que la suture soit complètement immergée et bouchez le tube. Ensuite, remplissez les tubes acides avec de l’acide chlorhydrique dilué et remplissez les tubes d’échantillon alcalins avec une solution d’hydroxyde de sodium diluée. Enfin, placez les six tubes d’échantillon dans un rack dans un incubateur à 37 degrés Celsius.
Voyons maintenant comment déterminer la résistance des sutures à l’aide d’un test de traction. L’essai de traction charge un échantillon en l’étirant jusqu’à la rupture, ce qui permet de déterminer la résistance du matériau.
Tout d’abord, testez les sutures fraîches qui n’ont pas été incubées dans des solutions d’essai. Placez la suture dans le fixateur de l’instrument et fixez-la en place. L’échantillon de contrôle doit être de la même longueur que l’instrument, soit environ 10 à 12 pouces. Ensuite, mettez l’instrument à zéro et enregistrez le réglage de la vitesse de déplacement. Assurez-vous que le maintien du pic est affiché sur le panneau de commande. Ensuite, initiez la tension sur la suture. La force et le déplacement commenceront à changer sur l’instrument. Chargez la suture jusqu’à l’échec. Ensuite, éteignez l’instrument et enregistrez la force maximale à partir du panneau d’affichage.
Mesurons maintenant la résistance à la traction des échantillons qui ont été exposés à des solutions à pH variable.
Après le temps spécifié, retirez les échantillons du four. Mesurez le pH de la solution dans chaque tube à l’aide de papier pH. Une fois que le pH de toutes les solutions a été mesuré, retirez la suture à tester et rincez-la à l’eau désionisée. Prenez note des caractéristiques physiques du matériau.
Séchez l’échantillon en tapotant avec une serviette en papier, puis pesez-le et notez la nouvelle masse. Ensuite, placez l’échantillon dans les poignées de l’appareil de traction et verrouillez-le en place. Mettez l’instrument à zéro et assurez-vous que la vitesse de déplacement est la même que celle utilisée pour l’échantillon de contrôle. Vérifiez également que le maintien du pic est affiché. Maintenant, chargez l’échantillon jusqu’à ce qu’il tombe en panne. Enregistrez la force maximale à partir de l’écran. Répétez l’essai de traction pour chaque échantillon au cours de l’étude de temps.
Voyons maintenant comment analyser les données pour déterminer la résistance des échantillons.
Tout d’abord, calculez la contrainte de traction moyenne de chaque échantillon en divisant la force maximale par la section transversale de la suture. Ensuite, calculez le pourcentage de résistance à la traction conservé par la suture après l’incubation à l’aide de la formule présentée. Un graphique de la résistance à la traction dans le temps pour chaque échantillon montre que la résistance des deux types de sutures a diminué avec le temps dans des solutions acides, neutres et alcalines.
Les structures en polydioxanone se sont dégradées davantage dans la solution acide, avec seulement 41 % de la résistance à la traction d’origine conservée après cinq semaines, tandis que 49 et 78 % de la résistance a été conservée pour les solutions neutres et alcalines, respectivement. Les sutures de polyglyconate se sont dégradées de la même manière dans les trois solutions, conservant environ 42 % de leur force dans les solutions acides, neutres et alcalines après cinq semaines. Les résultats sont attendus, car les matériaux possèdent tous deux des liaisons esters sensibles à la scission hydrolytique, qui est renforcée à pH élevé et faible.
Voyons maintenant où les matériaux résorbables sont utilisés dans le domaine de l’ingénierie biomédicale.
Les matériaux résorbables tels que les sutures testées dans cette vidéo sont les plus couramment utilisés dans les procédures chirurgicales pour permettre la guérison des sites chirurgicaux tout en éliminant la nécessité de retirer les sutures. Cependant, les matériaux résorbables jouent également un rôle dans l’ingénierie tissulaire en tant qu’échafaudage pour les tissus modifiés. Les échafaudages tissulaires résorbables fournissent la structure tridimensionnelle initiale des tissus, mais se dégradent lentement à mesure que les cellules se développent et créent leur propre matériau structurel. Finalement, l’échafaudage initial n’est plus nécessaire et le tissu modifié ressemble davantage au tissu natif.
La greffe osseuse consiste à remplacer l’os manquant ou endommagé afin d’aider les fractures importantes à guérir. Dans cette étude, les chercheurs ont créé un défaut dans le crâne en perçant un trou de cinq millimètres. Le fragment d’os a été détaché et la greffe osseuse a été fixée à l’os à l’aide de colle de fibrine. Bien que l’os d’un donneur soit souvent utilisé, les matériaux résorbables présentent une alternative permettant au greffon de se dégrader à mesure que l’os natif se développe.
Vous venez de regarder l’introduction de JoVE aux matériaux résorbables. Vous devriez maintenant comprendre comment ces matériaux se dégradent in vivo et in vitro, comment tester les changements de résistance dus à la dégradation et certaines applications de ces matériaux dans le domaine du génie biomédical. Merci d’avoir regardé !
