MÉDECINE RÉGÉNÉRATIVE : Un biomatériau « vivant » qui imite les matrices extracellulaires
Ce nouveau biomatériau « vivant », développé par une équipe de bioingénieurs et biologistes de la Penn State, imite un élément constitutif clé du tissu humain, les matrices extracellulaires, qui agissent comme un échafaudage et permettent aux cellules de guérir après des dommages. Ce développement, documenté dans la revue Materials Horizons, va permettre de faire progresser la médecine régénérative.
Le biomatériau en effet capable d'imiter certains comportements au sein des tissus biologiques, promet des avancées en cicatrisation et en médecine régénérative, mais aussi pour la modélisation des maladies, la robotique souple et bien plus encore.
Car les matériaux créés jusqu’à présent pour imiter les tissus et les matrices extracellulaires (ECM : extracellular matrices), l’échafaudage biologique de protéines et de molécules du corps qui entoure et soutient les tissus et les cellules ont tous rencontré des limites qui, en pratique, entravent leurs applications cliniques.
Ce nouveau matériau « vivant » d’origine biologique doté de capacités d’autoguérison et d’autocicatrisation en mimant la réponse biologique des ECM au stress mécanique. L’un des auteurs principaux, Amir Sheikhi, professeur de génie chimique et d’ingénierie régénérative, résume ces propriétés : « nous avons développé un matériau acellulaire qui imite de manière dynamique le comportement des ECM, les éléments de base clés des tissus, essentiels à la structure et aux fonctions cellulaires.
Un matériau vivant à base d’hydrogel, de nanoparticules et d’alginate
L’équipe avait déjà effectué plusieurs tentatives, à base d’hydrogel- un polymère riche en eau – mais elle n’était pas parvenue à la combinaison optimale de réactivité mécanique et de mimétisme biologique des ECM.
Quel matériau idéal ? L’objectif est de pouvoir :
- reproduire le raidissement des réseaux d’ECM sous la contrainte causée par des forces physiques exercées par les cellules ou les stimuli externes ;
- doter également le matériau des propriétés d’autocicatrisation nécessaires à la structure et à la survie des tissus.
Le nouveau matériau relève ces défis grâce à
l’utilisation d’hydrogels vivants nanocomposites et acellulaires (LivGels)
fabriqués à partir de nanoparticules « velues ». Les nanoparticules sont composées de nanocristaux, ou « nLinkers », avec des chaînes de cellulose désordonnées, ou « poils », aux extrémités. Ces poils créent une anisotropie soit des propriétés différentes selon l’orientation directionnelle de ces « poils » qui permettent une liaison dynamique avec les réseaux de biopolymères. Dans ce cas, les nanoparticules se sont liées à une matrice biopolymère d'alginate modifié, un polysaccharide naturel présent dans les algues brunes.
Les « nLinkers » forment des liaisons dynamiques au sein de la matrice qui permettent un comportement de rigidification sous la contrainte, qui imite la réponse de la matrice extracellulaire au stress mécanique et dotent le matériau des capacités recherchées d’autocicatrisation.
- Le nouveau matériau est entièrement composé de matériaux biologiques et évite les polymères synthétiques qui peuvent causer des problèmes de biocompatibilité.
Quelles applications ? Elles sont multiples et comprennent l'échafaudage pour la réparation et la régénération des tissus dans le cadre de la médecine régénérative, la simulation du comportement des tissus pour les tests de médicaments et la création d'environnements réalistes pour l'étude de la progression des maladies. Le matériau peut être utilisé pour la bio-impression 3D d'hydrogels personnalisables ou pour développer une robotique souple avec des propriétés mécaniques adaptables.
Source: Materials Horizons 7 Jan, 2025 DOI: 10.1039/D4MH00922C Nano-enabled dynamically responsive living acellular hydrogels
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Cette actualité a été publiée le 13/02/2025 par
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