C’est le pari d’une équipe de scientifiques de l’Université d’Urbana-Champaign, dans l’Illinois, que les avancées fulgurantes de l’intelligence artificielle peuvent contribuer à améliorer la réparation osseuse. Depuis plus de dix ans, des matériaux biomimétiques tels que le Trabecular Metal (fabriqué par Zimmer Biomet) qui reproduisent la texture épongeuse de l’os trabéculaire retrouvé aux extrémités des os longs, sont utilisés dans les prothèses de hanche et de genou. Les chercheurs de l’université d’Urbana-Champaign, quant à eux, aspirent à utiliser une IA pour reproduire de manière encore plus fidèle la structure naturelle de l’os.
« Nous générons virtuellement un matériau dont les microstructures désorganisées [des micro-blocs imprimés en 3D] s’ajustent en fonction des contraintes mécaniques [des forces au niveau de l’os], soutenant ainsi les tissus pour la restauration orthopédique », explique Shelly Zhang, qui a dirigé l’étude et est professeure de génie civil et environnemental.
Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs se sont appuyés sur une étude antérieure (publiée dans Science en août 2022) sur les architectures poreuses étonnamment solides des termitières géantes. « Cette étude a ouvert la voie à la création de matériaux irréguliers avec des propriétés constantes. Notre recherche développe ce concept en permettant la mise au point d’un matériau dont les capacités de résistance, optimisées, varient en fonction de l’espace », poursuit Shelly Zhang. Bien que la recherche soit illustrée par une application théorique sur un tibia, les auteurs admettent qu’ils doivent maintenant travailler en collaboration avec des équipes médicales pour explorer davantage les possibilités d’application de leur modèle numérique.
Catherine Picart, qui est à la tête de l’unité Bio Santé (Inserm-CEA-UGA-CNRS) à Grenoble, voit beaucoup d’intérêt dans ces nouveaux travaux. Dans son propre laboratoire, ils utilise une imprimante 3D pour créer des structures bio-inspirées revêtues d’un polymère, ce qui permet à l’os de se réparer lui-même. Elle note que leur méthode de modélisation par ordinateur est très utile pour analyser certains facteurs, comme les effets de l’architecture ou les contraintes aux interfaces, et cela peut être très bénéfique pour optimiser un matériau. Par contre, elle rappelle qu’il s’agit d’un modèle informatique et qu’ils opèrent dans des conditions virtuelles, donc idéales. Le défi est maintenant de trouver comment ils vont créer ce matériau en réalité.
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