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Un élastomère biocompatible pour la fabrication de dispositifs médicaux

Par Dinhill On

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Une équipe de chercheurs de l'Institut des Sciences des matériaux de Mulhouse a mis au point un matériau polymère doté de propriétés de déformation similaires à certains tissus biologiques. Des travaux qui augurent de la mise au point future d'implants entièrement synthétiques et biocompatibles.

« Avant notre découverte, il n'y avait aucun matériau de synthèse capable de remplacer un tissu souple. Nos travaux sur les plastomères pourraient désormais permettre de pallier à cette problématique en rompant le paradigme de l'élasticité des matériaux synthétiques ». Voici comment Dimitri Ivanov, chercheur au sein de l'Institut des sciences des matériaux de Mulhouse, évoque le potentiel des polymères sur lesquels il a travaillé. Grâce à la collaboration avec des universités de Caroline du Nord et d'Akron et de l'ESRF (le synchrotron européen), ils sont parvenus à synthétiser un polymère dénommé plastomère qui présente la même courbe de déformation qu'un tissu biologique et qui s'avère de surcroît biocompatible.

Dans le détail, le plastomère est un copolymère à bloc composé d'un bloc central en peigne et de deux blocs terminaux. Les chaînes latérales du bloc central sont en polydiméthylsiloxane (PDMS), tandis que les deux blocs terminaux sont des chaînes de polyméthacrylate de méthyle (PMMA). « Ces matériaux s'appuient sur les propriétés des copolymères en peigne, qui confèrent une élasticité caouchoutique et une biocompatibilité du plastomère similaires à celle des filaments d'actine. Cela permet de produire un matériau synthétique souple, à l'état non déformé, et qui se durcit, une fois qu'il est étiré », détaille Dimitri Ivanov. Avant de compléter : « De plus, la structure supramoléculaire des plastomères procure des propriétés de diffraction de la lumière qui diffèrent en fonction de l'état de déformation. Un mécanisme similaire à celui lié au changement de couleur de peau d'un caméléon ». À noter que les chercheurs sont parvenus à moduler les propriétés du plastomère en ajustant la longueur des chaînes (principale ou adjacentes) ou en modifiant la densité des chaîne latérales de PDMS. C'est ainsi que les scientifiques ont pu concevoir des élastomères dont les propriétés de déformation sont équivalentes à des échantillons de peau de porc.

Des matériaux idéaux pour les implants médicaux

Avec ces travaux, l'équipe de Dimitri Ivanov espère pouvoir utiliser les plastomères pour la réalisation d'implants médicaux. « Contrairement aux hydrogels, les plastomères s'avèrent beaucoup plus résistants à la contrainte mécanique et à la déformation. De plus, leurs propriétés physico-mécaniques issues de la chimie supramoléculaire en font des matériaux parfaitement "sains", ne nécessitant aucun solvant ni additifs potentiellement problématiques », détaille Dimitri Ivanov. Ainsi, les plastomères pourraient trouver de nombreuses applications, permettant de réaliser des implants de poitrine, des substituts de ménisque, des implants oculaires ou encore des disques intervertébraux synthétiques. « Sachant qu'il est possible de moduler les propriétés mécaniques de ces polymères, nous pourrions très bien imaginer fabriquer une prothèse aux caractéristiques sur mesure. Ce qui semble tout à fait compatible avec l'orientation actuelle vers une médecine personnalisée », soutient Dimitri Ivanov.

Des développements à venir sur les plastomères

Les chercheurs de l'équipe de Dimitri Ivanov ne comptent pas en rester là concernant leurs travaux sur les plastomères. En effet, ils s'attèlent à développer un outil de modélisation et de simulation pour prédire les propriétés mécaniques de ces polymères. Ce qui permettrait à terme de promouvoir les plastomères auprès du secteur médical en vue de la conception et de la fabrication d'implants. Les chercheurs pourraient également mettre au point des matériaux innovants aux profils de déformation inédits. Enfin, les scientifiques comptent également travailler davantage sur les propriétés optiques de ces polymères. « Nous pourrions ainsi utiliser leurs propriétés de diffusion pour l'élaboration de matériaux photoniques », conclut Dimitri Ivanov. ?

L'INSTITUT DES SCIENCES DES MATÉRIAUX DE MULHOUSE

Unité mixte de recherche CNRS/Université de Haute-Alsace 8 axes thématiques : - ingénierie des polymères fonctionnels - matériaux à porosité contrôlée - carbone et matériaux hybrides - élaboration et fonctionnalités des molécules, micro- et nano-structures - transferts, réactivité, et matériaux pour les procédés propres - physique des systèmes de basse dimensionnalité - biomatériaux et bio-interfaces - simulations numériques multi-échelles 64 chercheurs et enseignants-chercheurs issus de la chimie, de la physique et de la biologie 28 experts en techniques de caractérisation et d'accompagnement de la recherche Plus de 100 étudiants tous niveaux confondus formés par an 11 plateformes techniques de caractérisation : adsorption ; diffusion et diffraction de rayons X, analyses mécaniques, thermomécaniques et rhéologiques ; microscopie confocale ; microscopie numérique ; microscopie électronique ; mouillabilité ; microscopie à force atomique ; spectroscopie de photo-électrons X ; spectroscopie infrarouge et Raman ; résonance magnétique nucléaire.

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