Propriétés mécaniques d'une vis d'interférence en magnésium biorésorbable pour la reconstruction du ligament croisé antérieur dans divers matériaux osseux testés

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12342 (2023) Citer cet article

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Les déchirures du ligament croisé antérieur (LCA) ont un impact négatif sur la stabilité et la cinématique du genou. Les vis d'interférence (IS) sont utilisées pour la fixation du greffon dans la reconstruction du LCA et fournissent une force de fixation suffisante pour résister aux activités des patients pendant le processus d'intégration du greffon à l'os. Le magnésium est un nouveau matériau utilisé pour fabriquer du SI étant donné sa résistance et sa bioabsorbabilité. Dans des études précédentes, la conception IS en magnésium sélectionnée a montré de meilleures performances de fixation par rapport à la conception IS conventionnelle en raison de sa forme et de son état de surface. Dans cette étude, les IS biorésorbables en magnésium ont été testés pour leur insertion (couple d'insertion et nombre de tours pour mettre en œuvre l'IS) et leurs performances de fixation (test d'extraction et dynamique). Pour obtenir une évaluation initiale fiable des performances des SI, des SI ont été implantés dans des blocs de mousse de polyuréthane Sawbones de 15 par pied cube (PCF), des modèles de tibia biomécaniques Sawbones avec 17 noyaux de mousse PCF et des tibias cadavériques humains. Des tendons de porc ont été utilisés dans le test d'arrachement du bloc de mousse, et des cordes en nylon ont été utilisées dans toutes les autres configurations de test pour éviter les influences du matériau de greffe de ligament lui-même. Lors du test d'arrachement, le greffon a été soumis à une contrainte de traction à une vitesse de 6 mm/min. Pour l'essai dynamique, 1000 cycles entre 0 et 200 N ont été effectués, suivis d'un essai final d'arrachement. Après chaque test, le motif d'élargissement du tunnel a été observé en mesurant le rapport d'aspect du tunnel au site d'insertion. Le couple d'insertion se situe dans le couple d'insertion normal des IS ainsi que dans la tension ligamentaire moyenne avant l'insertion. Dans la configuration des blocs de mousse, la corde en nylon a montré une force d'arrachement plus élevée que le tendon de porc. La comparaison de chaque configuration utilisant une corde en nylon pour l'extraction et l'extraction après le test dynamique n'a montré aucune différence significative entre la configuration du bloc de mousse et celle du cadavre. Cependant, tous les modèles de tibia présentent une force d’extraction étonnamment élevée en raison de l’influence de sa couche corticale. Il n'y avait pas de différence statistiquement significative dans l'élargissement du tunnel entre les constructions de blocs de mousse-tendon de porc et les constructions de blocs de mousse-corde en nylon. La résistance à l’arrachement des IS de magnésium se situe dans la plage de tension typique du LCA au cours des activités quotidiennes. Même si les résultats des tests des IS en magnésium sont différents dans chaque matériau osseux, l'IS en magnésium présente une capacité de fixation et une maniabilité adéquates lors de l'insertion sans rupture du matériau.

Le ligament croisé antérieur (LCA) influence la stabilité et la cinématique de l'articulation du genou1. Les déchirures du LCA sont fréquentes2 et peuvent entraîner des modifications pathologiques supplémentaires dans et autour de l'articulation du genou3. La reconstruction intra-articulaire du LCA avec fixation du greffon par vis d'interférence (IS) est réalisée en routine4,5,6 avec un taux de réussite de 75 à 95 %3,7. En Allemagne, 81 % des chirurgiens privilégient la fixation par SI, de préférence par SI biorésorbable (60 %), notamment pour le tibia8, où se produit principalement l'échec9. Des SI permanents métalliques (par exemple, titane) et polymères ont été utilisés, sans différence significative dans les résultats cliniques10,11. Les SI métalliques peuvent endommager le greffon et provoquer un élargissement du tunnel3. Le matériau polymère est plus résistant que le métal et une fracture des vis lors de leur insertion peut se produire3,12.

Le magnésium, métal léger, constitue une excellente alternative aux matériaux métalliques standards et plusieurs caractéristiques ont été étudiées3,13,14. Sa bioabsorbabilité et sa biocompatibilité, associées à une résistance élevée, sont avantageuses par rapport aux autres matériaux15. De plus, les alliages de magnésium ont été utilisés comme matériau biodégradable alternatif pour les implants de fracture car leurs propriétés mécaniques (module de Young, coefficient de Poisson) sont similaires à celles de l'os cortical humain16. Le magnésium présente des propriétés matérielles comparables à celles des os et un taux d'absorption contrôlé, est radiotransparent et produit un faible artefact IRM, avec une force de fixation du greffon et une biodégradabilité adéquates après implantation chez l'homme. En plus de la sélection des matériaux, les paramètres de conception IS tels que le profil de pente et l'état de la surface influencent également les performances IS. Dans une étude précédente, la conception IS en magnésium sélectionnée pour cette étude a donné des résultats prometteurs par rapport à la conception IS conventionnelle, compte tenu de son profil de pente et de l'état de sa surface14. Les performances mécaniques du magnésium IS peuvent être évaluées en considérant deux paramètres : le couple d'insertion et la force de fixation. La méthode de test de performance pour les IS s'est rapprochée des lignes directrices pour les tests in vitro des ligaments croisés et de la reconstruction ligamentaire17, et a été adaptée des spécifications standard et des méthodes de test pour les vis à os médicales métalliques (ASTM F543). La résistance de la fixation est déterminée par un test d'arrachement (test de charge jusqu'à rupture) et par un test dynamique. Le test d’arrachement peut être réalisé avec une vitesse de traction allant de 5 à 1 000 mm/min17. Le test dynamique est effectué sur 1 000 cycles qui permettent d'évaluer la réponse initiale de la construction IS-greffe17. Le ligament doit être préconditionné de manière cyclique et à faible charge, par exemple avec 20 cycles compris entre 0 et 50 N18. Trois matériaux sont couramment utilisés pour les tests IS : des blocs de mousse de polyuréthane, un modèle de tibia Sawbones et des genoux de cadavres humains3,4,19,20,21,22. En raison des variations des tests en termes de conception de vis, de matériau osseux et de configuration de test, il est difficile de comparer tous les résultats d'un test à un autre.