Des chercheurs de la Penn State University ont dévoilé un nouveau biomatériau révolutionnaire, baptisé « hydrogels vivants » ou LivGels, qui imite les fonctions complexes des matrices extracellulaires naturelles (ECM). Ces matériaux innovants sont très prometteurs pour la médecine régénérative, la robotique souple et les tests de médicaments, grâce à leurs propriétés d'auto-guérison et à leur sensibilité au stress mécanique.
Les biomatériaux synthétiques traditionnels ont eu du mal à reproduire les comportements complexes des ECM, qui fournissent un support structurel et de signalisation vital aux cellules. Les LivGels, cependant, surmontent ces limitations en utilisant une combinaison unique de nanoparticules poilues, connues sous le nom de nLinkers, pour créer une structure dynamique avec des propriétés mécaniques et biologiques améliorées.
Ces nLinkers, caractérisés par des « poils » de chaînes de cellulose désordonnées, forment des connexions anisotropes dans la matrice biopolymère, ce qui donne un matériau qui présente des propriétés de renforcement de la déformation et d'auto-guérison. Cela signifie que les LivGels peuvent se rigidifier en réponse au stress, fournissant un support structurel et facilitant la communication cellulaire, et peuvent également restaurer rapidement leur forme et leurs propriétés mécaniques après une déformation.
La composition entièrement biologique des LivGels répond aux préoccupations concernant les problèmes de biocompatibilité associés aux polymères synthétiques. En concevant soigneusement les interactions entre les nLinkers et la matrice biopolymère à base d'alginate modifié, les chercheurs ont créé un matériau qui s'adapte aux contraintes internes et externes.
Les LivGels ont le potentiel de révolutionner les méthodes de test des médicaments en fournissant des environnements tissulaires simulés qui imitent plus fidèlement les conditions in vivo. Cela pourrait conduire à une précision accrue des essais cliniques, à une réduction des coûts et du temps nécessaire pour mettre de nouveaux agents thérapeutiques sur le marché.
L'adaptabilité des LivGels a également des implications importantes pour le domaine de la robotique souple, où des hydrogels personnalisables peuvent être adaptés à des propriétés mécaniques spécifiques. De plus, les LivGels pourraient être utilisés dans les technologies d'impression 3D biologique pour créer des constructions tissulaires de haute fidélité pour les thérapies régénératives.
L'équipe de recherche se concentre maintenant sur l'optimisation des LivGels pour des types de tissus spécifiques et sur l'examen de leur efficacité in vivo. Ils explorent également l'intégration de ces hydrogels vivants dans des configurations d'impression 3D biologique pour créer des matériaux personnalisés et des dispositifs dynamiques qui peuvent s'adapter en temps réel aux conditions physiologiques du corps.
Ce travail pionnier représente une étape importante vers l'intégration de la fonctionnalité biologique dans les matériaux d'ingénierie. Les LivGels offrent des possibilités sans précédent pour faire progresser la mimique mécanique et biologique des tissus, transformant ainsi la médecine régénérative et les domaines connexes.