Les hydrogels contiennent plus de 50% d'eau et sont considérés comme hautement biocompatibles, ce qui est une qualité essentielle pour les applications médicales. Les hydrogels constituent donc un champ de recherche privilégié en cicatrisation. Ce nouvel hydrogel développé par des bioingénieurs de l’Université de Tokyo présente un nouvel avantage : il peut récupérer rapidement du stress mécanique et va donc pouvoir permettre de traiter les blessures sportives ou les traumatismes aux articulations et/ou aux ligaments. Ces nouveaux matériaux « auto-renforcés », documentés dans la revue Science, ouvrent une nouvelle étape dans la cicatrisation des muscles et des articulations.
Les hydrogels sont des matériaux polymères fabriqués principalement à partir d'eau. Ils peuvent être et sont déjà utilisés dans un large éventail d'applications médicales. Cependant, les hydrogels actuels se déforment facilement sous l’effet de contraintes mécaniques répétées. Cela exclut leur utilisation lorsqu’il s’agit de réparer un muscle ou une articulation. Le développement d’un nouveau cristal qui peut se former et se déformer de manière réversible, permet à l'hydrogel de récupérer rapidement du stress mécanique. Un développement qui ouvre la voie à l'utilisation des hydrogels dans le domaine des articulations et ligaments artificiels.
Des hydrogels auto-renforcés stables sous la contrainte mécanique
Cette nouvelle génération d’hydrogels va faciliter la réparation et la cicatrisation des blessures sportives ou traumatiques des articulations et et des muscles, pour lesquelles il n’existe que peu de traitements. « Le problème avec les hydrogels existants est qu'ils sont faibles sur le plan mécanique et doivent donc être renforcés », explique l’auteur principal, Koichi Mayumi, Professeur de physique des solides à l'Université de Tokyo. « Les méthodes précédentes permettant de renforcer les hydrogels ne fonctionnent qu'un nombre limité de fois, ou parfois même une seule fois. Ces gels ne récupèrent pas des contraintes mécaniques répétées. Nous avons donc cherché d'autres matériaux à forte récupérabilité, comme c'est le cas par exemple ducaoutchouc naturel ».
Une bonne flexibilité et une bonne récupération : l’hydrogel développé par l’équipe japonaise confirme ici une bonne flexibilité et une bonne capacité de récupération comparable à celle du caoutchouc. Il semble pouvoir résister aux mêmes contraintes mécaniques que nos tissus articulaires et nos ligaments subissent également. Au contraire des précédentes tentatives d’hydrogels, qui utilisent des liaisons dites sacrificielles qui se cassent lorsqu'elles sont déformées, le nouvel hydrogel comprend des cristaux qui s'assemblent en formes rigides sous contrainte, mais reviennent très rapidement à l'état de gel lorsque la contrainte est relâchée. En d'autres termes, cet hydrogel est extrêmement flexible au repos mais se raffermit à l'impact, un peu comme le font les caoutchoucs naturels.
Cette nouvelle génération d'hydrogels pourrait, estiment les chercheurs, se retrouver « en salle d'opération » d'ici une dizaine d'années.
Source: Science 04 Jun 2021 DOI: 10.1126/science.aaz6694 Tough Hydrogels with Rapid Self-reinforcement
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