Des microrobots inspirés par la croissance osseuse et capables de créer leur propre tissu osseux, c’est le développement de ces bioingénieurs de l’Université de Linköping (Suède) qui s’inscrit dans le besoin croissant, avec le vieillissement des populations, de biomatériaux permettant de traiter les fractures osseuses. Mais pas seulement. Documenté dans la revue Advanced Materials, ce bio-polymère intégré dans un microrobot promet de nombreuses applications qui nécessitent un biomatériau à rigidité variable.
Inspirés par la croissance des os squelettiques, l’équipe suédoise, en collaboration avec des scientifiques de l’Université d'Okayama (Japon) a développé une combinaison de matériaux qui peut se transformer en différentes formes avant de durcir. Le matériau est mou au départ, mais durcit plus tard grâce à un processus de développement osseux qui utilise les mêmes matériaux que ceux trouvés dans le squelette.
Suivre l'exemple de la croissance osseuse naturelle
Lorsque nous naissons, nous avons encore « des trous » dans notre crâne qui sont recouverts de morceaux de tissu conjonctif mou appelés fontanelles. C'est grâce aux fontanelles que nos crânes peuvent se déformer lors de l'accouchement et passer avec succès. Après la naissance, le tissu de la fontanelle se transforme progressivement en os dur. Les chercheurs se sont inspirés de ce processus naturel.
Quant au matériau, il s’agit d’un polymère électroactif dont le volume change lorsque les chercheurs lui appliquent une basse tension. Le matériau présente ainsi des propriétés différentes à différents moments. Au départ, le matériau est doux et flexible, et il est ensuite verrouillé en place lorsqu'il durcit.
« Ce matériau pourrait être utilisé, par exemple, dans des fractures osseuses complexes ».
Des microrobots pour réparer l’os : le matériau peut également être utilisé par des microrobots mous, qui eux-mêmes « pourraient être injectés dans le corps à travers une fine seringue et se déploieraient ensuite pour développer leurs propres tissus osseux », explique l’auteur principal, Edwin Jager, professeur agrégé au Département de physique, chimie et biologie de l'Université de Linköping.
Le concept est né lors d’une collaboration de l’équipe suédoise avec une équipe japonaise, qui mène des recherches sur les os et avait découvert une biomolécule capable de stimuler la croissance osseuse en peu de temps. Les chercheurs ont donc fait l’hypothèse de combiner cette biomolécule avec leurs propres recherches sur les matériaux pour développer ce nouveau biomatériau à rigidité variable.
Les chercheurs suédois vont jusqu’au bout du protocole et proposent une sorte de « microrobot » simple, capable de prendre différentes formes et de changer de rigidité. Lorsque le microrobot est immergé dans un milieu de culture cellulaire – un environnement qui ressemble au corps et contient du calcium et du phosphore – les biomolécules font que le gel se minéralise et durcit comme de l'os.
Les applications sont nombreuses, en particulier dans la cicatrisation osseuse. L'idée est que ce nouveau matériau souple conditionné sous forme de microrobot sera capable de manœuvrer dans les espaces des fractures osseuses complexes et de se dilater. Ici, les chercheurs démontrent que le matériau peut s'enrouler autour des os de modèles animaux et que l'os artificiel qui se développe ensuite, s’adapte et suit parfaitement la croissance osseuse.
Source: Advanced Materials 17 Jan, 2022 DOI: 10.1002/adma.202107345 Biohybrid Variable-Stiffness Soft Actuators that Self-Create Bone
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