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Coller des tissus biologiques avec des nanoparticules

Aurélie Dureuil

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Les équipes de recherche franciliennes ont utilisé des nanoparticules pour coller des gels et tissus biologiques, jusqu'à maintenant difficilement compatibles. Des recherches qui ouvrent des applications dans de nombreux domaines.

« Nous avons montré qu'il est possible de coller rapidement et simplement les tissus biologiques ex vivo. Cela ouvre des perspectives intéressantes et nous motive pour aller plus loin », s'enthousiasme Ludwik Leibler, directeur de recherche au sein du laboratoire Matière molle et chimie (unité mixte CNRS/ESPCI ParisTech). Son laboratoire en collaboration avec l'unité Physico-chimie des polymères et milieux dispersés (unité mixte CNRS/UPMC/ESPCI ParisTech) a publié de premiers résultats dans Nature. Après avoir utilisé des nanoparticules solides pour coller des gels par définition essentiellement composés de solvant, les chercheurs ont commencé à s'intéresser aux tissus biologiques, « qui contiennent également des réseaux de polymères et de l'eau », indique le directeur de recherche. Car le principe de la méthode mise au point par les laboratoires franciliens repose sur la structure des hydrogels.

Les chercheurs ont étudié les hydrogels, des réseaux moléculaires des polymères gorgés par l'eau. Les nanoparticules présentes dans la solution se lient au réseau moléculaire, au cours d'un phénomène d'adsorption. Le réseau moléculaire lie en parallèle les particules entre elles. Des connexions sont ainsi établies par les nanoparticules entre les réseaux moléculaires des deux gels. « Ce sont les nanoparticules qui connectent les réseaux et les réseaux qui connectent les nanoparticules », souligne Ludwik Leibler. Les chercheurs ont démontré la faisabilité de ce phénomène qui se fait dans un temps très court. La première étape consiste à étaler les nanoparticules sur le premier gel. Puis, à presser le second gel pendant environ 30 secondes. « La méthode repose sur la faculté des nanoparticules à être adsorbées sur le réseau des gels polymères et à agir comme connecteur entre les chaînes de polymères ainsi que sur la capacité des chaînes de polymères à réorganiser et dissiper l'énergie lors de l'adsorption des nanoparticules », écrivent les chercheurs dans la revue Nature.

« L'énergie de l'adhésion semble augmenter quand la taille des particules augmente », notent les équipes françaises. De plus, la jonction créée résiste souvent mieux à la déformation que les gels. Elle présente également une bonne résistance à l'immersion dans l'eau. Et l'adhésion est autoréparable et repositionnable. Ainsi, si deux morceaux se décollent, ils peuvent être recollés sans ajout de nanoparticules. Jusqu'à présent, faire adhérer des gels, des matières composées à 90 voire 97 % de solvant, ou des tissus biologiques n'a pu être réalisé qu'en utilisant des réactions chimiques, des élévations de la température, des changements de pH, des irradiations avec de l'ultra-violet ou du courant électrique. La méthode mise au point par les chercheurs français s'affranchit de ces éléments extérieurs. « Cette méthode est réalisée sans ajout de polymères et n'implique pas de réaction chimique », souligne le laboratoire.

Les équipes se sont également intéressées à différents types de nanoparticules. « Nous avons travaillé essentiellement avec des nanoparticules de silice qui sont disponibles et utilisées dans l'industrie agroalimentaire notamment. Nous avons également démontré l'efficacité de notre méthode avec des nanotubes de carbone et des nanocristaux de cellulose. Notre méthode fonctionne en adaptant si nécessaire la chimie de surfaces des particules à l'application donnée », détaille Ludwik Leibler. C'est ainsi que les chercheurs ont commencé à s'intéresser au potentiel d'application de ce principe. Et au domaine de la santé. « Les domaines qui nous font le plus rêver et qui paraissent les plus proches sont la chirurgie et les dispositifs médicaux », s'enthousiasme le directeur de recherche qui ne cache pas sa confiance dans ce potentiel d'applications. Les chercheurs ont ainsi utilisé une solution de nanoparticules de silice pour coller avec succès deux morceaux de foie de veau. Ils souhaitent donc maintenant explorer le potentiel de la méthode in vivo sur des modèles pour aller vers des applications dans le domaine vétérinaire puis chez l'homme.

 

Bibliographie : Nanoparticle solutions as adhesives for gels and biological tissues, Séverine Rose, Alexandre Prevoteau, Paul Elzière, Dominique Hourdet, Alba Marcellan et Ludwik Leibler, Nature, publication en ligne le 11 décembre 2013.

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