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Des matériaux intelligents pour aider à la cicatrisation des plaies

Des scientifiques soutenus par l’UE nous montrent comment des matériaux intelligents appelés polymères magnéto-actifs (MAP pour «magnetoactive polymers») pourraient un jour être utilisés pour stimuler la cicatrisation des plaies épithéliales.

Technologies industrielles
Santé

Les MAP modifient leurs propriétés mécaniques en fonction de leur environnement. Développement révolutionnaire dans les domaines de la mécanique des solides et de la science des matériaux, ces matériaux consistent en une matrice polymère (un élastomère) dotée de minuscules particules magnétiques qui changent de forme et de dimensions en fonction de leur état d’aimantation. «L’idée est qu’un champ magnétique externe induit des forces internes dans ce matériau de telle sorte que les propriétés mécaniques, telles que la rigidité, sont modifiées, ou même que des changements de forme et de volume se produisent, interagissant ainsi avec certains systèmes cellulaires», explique le Dr Daniel Garcia‑Gonzalez, ingénieur à l’Université Carlos III de Madrid dans un article publié sur «Explica.co». Daniel Garcia-Gonzalez est le premier auteur d’une étude décrivant un modèle utilisé pour fournir une orientation théorique pour les systèmes MAP susceptibles d’être appliqués pour stimuler la guérison des plaies épithéliales. Dans cette étude, les chercheurs ont analysé comment les propriétés d’une matrice élastomère et la fraction volumique des particules affectent la réponse mécanique des MAP. Soutenus par le projet 4D‑BIOMAP financé par l’UE, les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue «Composites Part B: Engineering».

Test de la réponse des polymères

L’équipe de recherche a effectué des essais de traction sur 16 configurations de fabrication différentes du matériau, en analysant diverses combinaisons de fractions volumiques de particules et de rapports de mélange d’agents de réticulation (molécules reliant les chaînes de polymères) pour voir comment ils réagissaient à la contrainte. Les résultats ont montré une relation directe entre la fraction volumique des particules et la rigidité des MAP. L’augmentation de la fraction volumique des particules a entraîné une augmentation de la rigidité globale pour tous les rapports de mélange testés. Le rapport de mélange semble également jouer un rôle clé dans la détermination de la réponse mécanique des MAP. L’article rapporte que le contrôle de ces processus peut ouvrir la voie à de nouvelles applications techniques, telles que la robotique molle ou une nouvelle génération de muscles artificiels. Daniel Garcia‑Gonzalez explique ce concept dans des termes simples: «Imaginez une personne se trouvant sur la plage et souhaitant se déplacer rapidement. Le sable sur le sol (l’environnement mécanique) rend votre déplacement un peu plus difficile que si vous étiez sur l’asphalte ou sur une piste de course. De même, lorsqu’une cellule se trouve sur un substrat trop mou, il lui faudra fournir de plus grands efforts pour se déplacer. En revanche, si nous sommes capables de modifier ces substrats et de créer cette piste d’athlétisme pour les cellules, nous allons faire en sorte que tous ces processus se développent de manière beaucoup plus efficace.» Ainsi, en contrôlant les conditions de fabrication du composite MAP, les chercheurs peuvent donner au matériau les propriétés optimales nécessaires à une application particulière. L’équipe a déjà identifié un grand potentiel à cet égard pour faciliter la cicatrisation des plaies épithéliales et d’autres processus de développement cellulaire. Le projet 4D‑BIOMAP (Biomechanical Stimulation based on 4D Printed Magneto-Active Polymers), d’une durée de cinq ans, a débuté en janvier 2021. «L’idée générale de ce projet est d’influencer différents processus biologiques au niveau cellulaire (comme la cicatrisation des plaies, les synapses du cerveau ou les réponses du système nerveux), ce qui permettra de développer certaines applications techniques nous permettant de les contrôler», explique Daniel Garcia‑Gonzalez, responsable du projet 4D‑BIOMAP. Pour plus d’informations, veuillez consulter: page web du projet 4D‑BIOMAP

Mots‑clés

4D‑BIOMAP, magnéto‑actif, polymère, polymère magnéto‑actif, élastomère, matrice, particule, fraction volumique