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Réaliser et analyser des modèles de tissu osseux

L'os est une structure complexe et mixte, organique et minérale. Des scientifiques ont mis au point des techniques pour synthétiser des structures similaires, biomimétiques, et les analyser afin de mieux les comprendre et de fonder les conceptions futures.

Santé

Le fait de reproduire les phases, l'organisation et les caractéristiques de l'os aurait d'importantes conséquences sur la régénération et les prothèses osseuses, ainsi que sur la science des matériaux en général. Les scientifiques du projet BIOHYMAT («Biomimetic organic-inorganic hybrid structural materials»), financé par l'UE, y sont arrivés, tout en apportant d'importantes informations sur la synthèse, la structure et la fonction. L'équipe a synthétisé et étudié des matériaux ressemblant à l'os, pour concevoir des méthodes analytiques importantes pour la recherche fondamentale et la recherche clinique. La densité minérale de l'os est associée à plusieurs maladies des os: l'ostéoporose, l'ostéopétrose et la maladie de Paget. Cependant, il n'existe aucune méthode pour la mesurer avec une résolution spatiale permettant de créer des cartes exactes de sa répartition. L'approche de BIOHYMAT sera un puissant outil pour étudier les effets de diverses maladies sur la densité minérale des os, et la mettre en rapport avec les propriétés mécaniques des os. L'adhérence au niveau des interfaces entre les composants organiques et minéraux a un grand rôle dans la réponse mécanique des composites, qu'ils soient naturels ou synthétiques. Mais le manque de données quantitatives a empêché de sélectionner les matériaux convenant à des systèmes mixtes. Les travaux de BIOHYMAT ont conduit à une méthode systématique pour étudier l'adhérence au niveau de ces interfaces, ce qui sera un outil important pour la science des matériaux. Les chercheurs ont poursuivi par de nouvelles techniques pour reproduire la structure de l'os, qui est hiérarchique et complexe. Ils ont modifié les paramètres du processus de freeze casting (gel contrôlé de suspensions de particules aqueuses), et obtenu des structures microporeuses en lamelles et en nid d'abeilles. Ces travaux ouvrent la voie à de nouvelle méthodes de fabrication de céramiques poreuses, utilisables en biomédecine, comme filtres ou supports de catalyse. Enfin, les chercheurs sont passés au domaine du carbone nanostructuré, avec une expérience conçue pour produire des matériaux carbonés mixtes. Ils ont ainsi synthétisé en laboratoire de l'oxyde de graphène à partir de graphite, puis accompli sa réduction sous vide en graphène. Ce graphène et son oxyde sont de nouveaux matériaux carbonés nanostructurés, très intéressants par leurs nombreuses applications en technologie. Le projet BIOHYMAT a apporté d'importantes contributions au domaine des composés mixtes organiques-minéraux, avec de nouvelles techniques d'analyse et méthodes de traitement. Les scientifiques ont mis en place une base afin de concevoir et tester de nouveaux matériaux pour de nouveaux usages.

Mots‑clés

Os, organique-minéral, mixte, biomimétique, régénération osseuse, prothèse, densité minérale de l'os, ostéoporose, adhésion, interfaces, freeze casting, graphène

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