De nouveaux polymères synthétiques pour la bio-impression 3D
Lorsqu’il s’agit de traiter une maladie ou une blessure, la médecine se tourne souvent vers les échafaudages tissulaires. «À l’instar des échafaudages utilisés dans la construction, les échafaudages tissulaires aident les cellules à construire des tissus fonctionnels», explique Robert Denis Murphy, chercheur au Collège royal de chirurgie en Irlande. Pour faciliter cette croissance cellulaire et la formation de tissus, les échafaudages tissulaires sont généralement microscopiques et nanostructurés, et doivent toujours être biocompatibles. «Les biopolymères hydrogels répondent à toutes ces exigences», ajoute Robert Denis Murphy. Les biopolymères hydrogels sont des polymères dérivés de sources naturelles, et sont considérés comme non toxiques, biocompatibles, biodégradables et rentables. Malgré leur potentiel, la bibliothèque actuelle de biopolymères hydrogels demeure relativement limitée. Le projet BioSMaLL, financé par l’UE, contribue à surmonter ce manque. «L’objectif primordial du projet consiste à surmonter les limites des biopolymères hydrogels actuellement utilisés dans l’impression 3D en proposant de nouvelles alternatives sous forme de polymères synthétiques», explique Robert Denis Murphy, qui a coordonné le projet. Une partie importante du projet a été hébergée au laboratoire de Craig J. Hawker, professeur à l’université de Californie, Santa Barbara.
Optimiser les plateformes de polymères pour l’impression 3D
Le projet, qui a reçu le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, entendait créer des polymères aux structures chimiques définies, disposant d’un excellent facteur de reproductibilité d’un lot à l’autre et dotés de propriétés mécaniques contrôlables. Les chercheurs ont également cherché à intégrer à ces polymères des fonctionnalités sensibles à la lumière, qui leur permettrait de modifier rapidement leurs propriétés mécaniques et les faire passer de l’état mou à l’état dur ou de l’état liquide à l’état solide. Mais comme c’est la cas pour de nombreux projets de recherche, l’équipe de BioSMaLL s’est rapidement rendu compte que c’était plus facile à dire qu’à faire. «Le plus gros problème auquel le projet a été confronté était l’optimisation des plateformes de polymères pour l’impression 3D, qui n’était pas une tâche triviale», fait remarquer Robert Denis Murphy. «Ces matériaux n’ont pas été étudiés pour une telle utilisation et la courbe d’apprentissage a par conséquent été assez abrupte pour pouvoir modifier chimiquement les matériaux afin de les adapter à l’impression 3D.»
Des percées dans le domaine de la bio-impression bactérienne
Le projet a produit deux plateformes de polymères innovantes. En collaboration avec des experts du Centre de recherche et de développement de l’ingénierie de l’armée des États Unis (ERDC pour Engineer Research and Development Center), la première plateforme a consisté à intégrer des bactéries génétiquement modifiées dans des hydrogels, qui ont ensuite été utilisés pour imprimer en 3D des matériaux biocomposites vivants. «La bio-impression bactérienne est un domaine de recherche extrêmement sous-exploré, mais qui présente un énorme potentiel pour des applications biotechnologiques telles que la biodétection et la biorestauration», explique Robert Denis Murphy. Les travaux de BioSMaLL sont l’une des rares études réalisées à ce jour sur l’impression 3D de biocomposites à l’aide de bactéries, et la première à analyser la manière dont la résistance mécanique des hydrogels affecte la croissance bactérienne. La deuxième plate-forme propose des hydrogels polymères dont les propriétés mécaniques, et donc l’imprimabilité en 3D, peuvent être adaptées en modifiant l’architecture du polymère. Les deux plateformes ont démontré leur compatibilité biologique avec les systèmes cellulaires vivants.
Inspirer la nouvelle génération de conception d’hydrogels
Maintenant que le projet est terminé, Robert Denis Murphy nourrit l’espoir que son travail contribuera à étendre l’utilisation des hydrogels polymères dans la bio-impression 3D. «Je suis convaincu que le projet BioSMaLL inspirera une nouvelle génération de conception d’hydrogels, qui aura un impact non seulement sur la recherche, mais aussi sur l’industrie et en particulier sur la médecine», conclut-il. Inspiré par ses propres travaux, Robert Denis Murphy travaille actuellement sur de nouvelles avancées dans le domaine de nouveaux matériaux pour l’impression 3D, avec l’ambition de commercialiser de telles solutions pour des applications biomédicales.
Source: Biopolymers for the Generation of 3D Tissue Engineering Scaffolds by Solution Mask Liquid Lithography - Résultat de la recherche de l'UE.