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La nouvelle méthode a pu améliorer la longévité et diminuer l'usage des hanches artificielles

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Les chercheurs d'industrie mécanique ont développé une méthode qui pourrait prolonger la vie d'une hanche artificielle en ajoutant une rangée de renfoncements microscopiques qui augmentent l'épaisseur d'une pellicule lubrifiante sur sa surface.

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La « lubrification joue une fonction clé dans le processus d'usage de l'interface commune implantée, » dit Min Zou, professeur de l'industrie mécanique. « Mais ce mécanisme conteste pour comprendre en raison de la nature complexe du fluide visqueux utilisé pour la lubrification. Notre étude indique des résultats de promesse pour comprendre ce mécanisme meilleur et améliorer de manière significative des implants. »

Tous les ans aux Etats-Unis, les chirurgiens orthopédiques exécutent plus de 300 000 hanche-remplacements, incluant approximativement 36 000 cabinets de consultation de révision quand un remplacement porte. Bien qu'il y ait plusieurs facteurs environnementaux qui affectent la santé et la longévité des hanches artificielles, ces implants durent une moyenne de 15 à 20 ans. Cependant, environ la moitié de tout le hanche-remplacement des cabinets de consultation sont exécutés sur des patients entre les âges de 45 et de 64, les gens qui pourraient vivre encore 25 ou 30 années. les procédures de Hanche-remplacement comportent le retrait chirurgical et le remplacement artificiel de la tête fémorale – le dessus du femor, ou os de cuisse – et une partie du bassin a appelé la cavité cotyloïdienne, une surface concave dans laquelle les ajustements principaux fémoraux. Beaucoup de personnes se réfèrent à ce joint comme boule et à cavité articulaire – le chef fémoral agissant en tant que boule et cavité cotyloïdienne comme cavité articulaire.

Une raison principale pour l'échec commun artificiel – et ainsi le besoin de chirurgie de révision – est se desserrer du lien entre l'implant et l'os, qui est provoqué dans de nombreux cas par la réponse autoimmune du corps aux particules et à l'usage sur la surface de l'implant, aussi bien que de la toxicité des ions métalliques déchargés dans le corps en raison de cet usage.

Pour aborder ce problème, les chercheurs se concentrent sur une pellicule lubrifiante qui forme entre les surfaces de interaction de la tête fémorale et la cavité cotyloïdienne. Ce film est créé par un lubrifiant naturel appelé le liquide synovial, qui est produit et libéré par le cartilage. Bien que le cartilage soit également enlevé pendant la chirurgie de hanche-remplacement, le corps produit assez de liquide synovial pour former une couche mince entre les implants. La formation de ce film après chirurgie et particulièrement son épaisseur déterminent le succès à long terme de l'implant.

U d'une expérience a été conçu par Dipankar Choudhury, camarade post-doctoral au centre pour l'ingénierie extérieure avancée, et exécuté à la direction de Zou, qui est directeur du centre. Leurs résultats ont été publiés au journal du comportement mécanique des matériaux biomédicaux.

Plutôt que le liquide synovial de manipulation, que la plupart de recherche de prothèse de hanche focalise dessus, Zou et Choudhury a simulé la surface texturisée du cartilage, de ses soi-disant « lacunes convergentes, » ou des fossettes naturelles, qui favorisent la sécrétion du liquide synovial et augmentent l'épaisseur de la pellicule lubrifiante.

Zou et Choudhury ont conçu les renfoncements carré-, triangulaire- et en forme elliptique sur la surface des têtes fémorales artificielles. (Les images magnifiées ressemblent à la surface d'une boule de golf.) Ces prothèses ont été faites de chrome, cobalt et molybdène, l'alliage métallique standard pour des implants de hanche-remplacement. Les renfoncements, fabriqués avec un laser de picoseconde par un collaborateur au Japon, étaient 20 à 50 micromètres au loin et 0,2 à 1 micromètres profondément.

Puis, collaborant avec un groupe de recherche dans la République Tchèque, Zou et Choudhury ont joint les pièces prosthétiques et ont réalisé des essais d'usage et de frottement avec un pendule qui a simulé le mouvement de oscillation d'une jambe humaine. Quand le pendule est revenu à la position d'équilibre – après que le film de lubrifiant a eu en pleine maturité – les résultats d'essai ont indiqué l'épaisseur sensiblement augmentée du film. Comparé aux prothèses non-embrévées, chacune des trois formes a amélioré l'épaisseur de film de lubrifiant. Les prothèses avec les renfoncements carré- et en forme triangulaire ont démontré une épaisseur de film moyenne de lubrifiant 3,5 fois plus grandes que la prothèse non-embrévée.

La prothèse avec les renfoncements en forme de place a formé son film de lubrifiant moins qu'une seconde après que le pendule ait commencé à se déplacer, beaucoup plus rapidement que toutes autres prothèses, y compris ceux avec des renfoncements faits d'autres formes. Ceci a clairement démontré que la forme a eu un effet significatif, Choudhury dit.

« En outre, à peine toutes les éraflures sont apparues sur la prothèse courrier-expérimentale avec des rangées en forme de place de fossette, et seulement quelques éraflures ont été trouvées sur la prothèse avec des rangées en forme triangulaire de fossette, » dit Zou. « Nous pensons que les prothèses avec les fossettes en forme de place pourraient être une solution potentielle pour les articulations de la hanche artificielles durables et plus durables. »

Processus développés récemment de Zou pour fabriquer de plus petites micro-fossettes des diverses formes complexes, qui sont attendues pour promouvoir le frottement de diminution et l'usage des joints prosthétiques.

Zou tient le professorat du 21ème siècle en industrie mécanique. En 2015, elle les fonds supplémentaires a reçu du National Science Foundation $20 millions/EPSCoR (programme expérimental pour stimuler la recherche concurrentielle) concession et assortiment $4 millions de l'état, qui a permis à l'université d'établir le centre par état pour l'ingénierie extérieure avancée. Le centre favorise le progrès scientifique par état en établissant des associations avec le gouvernement, l'enseignement supérieur et l'industrie.