La médecine régénérative tente de reproduire les processus de guérison. Elle a pour cela recours à des biomatériaux, mais aussi des matériaux classiques ayant de nouvelles propriétés, dont le rôle est fondamental.
Avec le concours de la médecine régénérative, la médecine espère pouvoir soulager, voire guérir, des maladies incurables au cours des prochaines années. « Dans cette optique, elle s’intéresse à des matériaux capables de mobiliser davantage les capacités régénératives du corps humain », déclare le professeur Stefan Mayr, directeur du pôle de recherche « Ingénierie des tissus et sciences des matériaux », rattaché au Centre translationnel de médecine régénérative (TRM) de Leipzig dans l’est de l’Allemagne.
Il existe un grand nombre de matériaux possibles. À la base, il y a les fils de soie qui sont produits naturellement par les araignées et servent à fabriquer des structures de support. Celles-ci font office de matrice sur laquelle vont se développer des colonies de cellules cultivées pour recréer un tissu. La technologie dite de l’ingénierie tissulaire vise à cultiver des tissus vivants dans le but de reconstituer des tissus ou des organes abîmés. Le développement cellulaire peut être influencé de façon ciblée à l’aide de protéines. Dans ce domaine, une parfaite connaissance des matériaux est également indispensable. L’Institut des sciences et des technologies des matériaux de l’Université technologique de Vienne utilise le bombyx mori (un ver à soie blanc) pour tisser les fibres qui serviront de structure à un ligament croisé avant. Ce type de soie spécial contient jusqu’à 28 % de séricine, une protéine capable de déclencher une réaction antigénique. La matrice de soie est alors débarrassée de son enveloppe de séricine élastique. La résistance à la traction et la rigidité de la soie humide ainsi obtenue sont très proches de celles des ligaments croisés naturels.
D’autres biomatériaux sont très appréciés pour la fabrication des matrices. Il s’agit de tous les matériaux qui interfèrent avec le corps humain pour mesurer, traiter, soutenir ou remplacer un tissu, un organe ou une fonction organique. On compte ainsi un grand nombre de polymères dont la biocompatibilité a été prouvée. L’Université Leibniz de Hanovre teste donc des polymères fondus ou en solution pour fabriquer des matrices de polymères-protéines hybrides. En effet, la fabrication de structures filaires par électrotissage à partir d’une solution protéinique est une technique complexe et coûteuse. Le polyéthylène glycol (PEG) est un polymère qui convient parfaitement car il est hydrosoluble et les protéines ne sont pas dénaturées lors du processus. L’électrotissage permet de transformer à l’aide d’un champ électrique le polymère fondu ou en solution en fils dont le diamètre est de l’ordre du nano ou inférieur au micron. En outre, le développement des cellules est ensuite favorisé par l’incorporation de substances minérales comme des nanoparticules d’or.
L’équipe du professeur Mayr à Leipzig s’intéresse avant tout à la création de matériaux adaptatifs avec de nouvelles propriétés – des matériaux intelligents – pour les utiliser en médecine régénérative. « Ces matériaux ont la capacité de s’adapter aux conditions du corps », explique-t-il. Il s’agit notamment de matériaux magnétiques à mémoire de forme, qui ont la propriété de changer de forme lorsqu’on leur applique un champ magnétique externe.
Selon le professeur Mayr, « le problème des matériaux à mémoire de forme, qui sont utilisés pour les appareils dentaires par exemple, est qu’ils nécessitent un changement de température pour changer de forme, ce qui n’est possible que sous certaines conditions dans le corps humain. Leur domaine d’application est donc relativement restreint ». Pour déformer les matériaux magnétiques à mémoire de forme, il suffit par contre d’induire un champ magnétique sans danger pour le patient. « Les chercheurs en matériaux avaient dans ce domaine encore beaucoup de progrès à faire, mais on peut aujourd’hui utiliser ces matériaux dans des applications médicales ». Prenons le cas des implants dentaires. L’activation et la désactivation d’un champ magnétique lors d’une intervention permettent de modifier la forme de la cheville pour l’adapter à la mâchoire. Ces matériaux peuvent également être utiles en cas de fracture osseuse. L’application du champ magnétique permet alors de resserrer les broches.
L’alliage le plus connu disposant de ces propriétés est à base de nickel, de manganèse et de gallium. Mais du fait de sa toxicité, l’Institut TRM de Leipzig a mis au point un nouveau matériau à base de fer-palladium. « Ce matériau, à la fois biocompatible et anticorrosif, permet d’assembler des cellules et des os », indique le professeur Mayr.
L’Institut TRM de Leipzig travaille à la conception et au réglage de nanoclusters magnétiques qui doivent servir de base à de nouvelles applications utilisant des clusters taillés sur mesure. Le professeur Mayr imagine par exemple des clusters pour la diffusion de médicaments dans l’organisme. Des anticorps capables de se fixer en surface sont ainsi apportés directement et précisément à l’endroit où on en a besoin. Cela ouvre également la voie aux diagnostics magnétiques. La tomographie à résonnance magnétique permettra de localiser un foyer infectieux, en identifiant les clusters qui se déforment en présence d’anticorps. Inversement, en appliquant un champ magnétique variable, on déclenchera une réaction thermique qui détruira un tissu malade de façon ciblée.
Actuellement, des particules en partie composées d’oxyde ferrique sont déjà utilisées comme clusters magnétiques. « La marge d’amélioration est encore grande. Ainsi, leur granularité est très élevée et leurs propriétés magnétiques pas encore tout à fait optimales. Notre objectif est de synthétiser des clusters 100 % métalliques avec une granularité plus fine », explique le professeur. Les nanoparticules magnétiques seront enduites de matériaux biocompatibles, tels que des polymères ou des métaux ferreux, comme l’or ou le dioxyde de silicium. Des procédés connus permettent d’activer des fonctions sur ces trois matériaux, pour que des médicaments ou des anticorps puissent s’y fixer.
Sabine Koll Journaliste à Böblingen
Informations complémentaires www.trm.uni-leipzig.de/html/de/research_temat.php wwwt.tuwien.ac.at www.iw.uni-hannover.de
L’Institut TRM de Leipzig procède au réglage de nanoclusters magnétiques
Teilen:
