Une colle ultra-forte pour guérir des blessures
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Les chercheurs ont découvert une colle forte qui possède des propriétés remarquables pour guérir les blessures. C’est une limace qui leur a donné l’idée de cette colle.
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Vous connaissez sans doute la frustration quand vous mettez un sparadrap sur votre peau quand elle est humide. Et la peau humide n’est pas le seul défi pour les adhésifs médicaux, car le corps humain est rempli de sang, de sérum et d’autres fluides qui compliquent la réparation de nombreuses blessures internes. De nombreux produits adhésifs utilisés aujourd’hui sont toxiques pour les cellules et ils deviennent rigides lorsqu’ils sèchent et ils ne se lient pas fortement aux tissus biologiques.
Une équipe de chercheurs de l’Université de Harvard a créé une colle dure super résistante qui est biocompatible et qui se lie aux tissus avec une force comparable au cartilage du corps même lorsqu’il est mouillé. La principale caractéristique de notre matériau est la combinaison d’une force d’adhérence très forte ainsi que la capacité de transférer et dissiper le stress. Des effets qui n’existent pas dans les colles et les adhésifs médicaux actuels selon l’auteur Dave Mooney qui est professeur de bio-ingénierie. La recherche est publiée dans la revue Science.
Quand le premier auteur Jianyu Li a commencé à réfléchir à la façon d’améliorer les adhésifs médicaux, il a trouvé une solution dans un endroit improbable… une limace. La Dusky Arion (Arion subfuscus), une limace commune en Europe et dans certaines parties des États-Unis, sécrète un type particulier de mucus lorsqu’elle est menacée. Ce mucus permet à la limace de se “coller” sur place. Le prédateur peut tirer autant qu’il veut, la limace ne bougera pas. La beauté de la découverte est que cette colle est spécifiquement composée d’une matrice résistante aux protéines chargées positivement. Cela a inspiré Li et ses collègues pour créer un hydrogel double couche constituée d’une matrice d’alginate-polyacrylamide supportant une couche adhésive qui possède des polymères chargés positivement à partir de sa surface.
Les polymères se lient aux tissus biologiques par 3 mécanismes : l’attraction électrostatique des surfaces cellulaires chargées négativement, les liaisons covalentes entre les atomes voisins et l’interpénétration physique. Ces 3 mécanismes permettent d’avoir un l’adhésif ultra-fort. Mais la couche matricielle est également importante selon Li. La plupart des précédents adhésifs médicaux se sont concentrés uniquement sur l’interface entre le tissu et l’adhésif. Notre adhésif peut dissiper l’énergie à travers sa couche matricielle ce qui lui permet de se déformer beaucoup plus avant de se casser.
Crédit : Jianya Li, Adam D. Celiz, David J. Mooney
La conception pour la couche matricielle comprend des ions calcium associé à l’hydrogel d’alginate via des liaisons ioniques. Quand on applique du stress à l’adhésif, ces liaisons ioniques “sacrificielles” se cassent en premier en permettant à la matrice d’absorber une grande quantité d’énergie avant que sa structure ne soit compromise. Dans les essais expérimentaux, il fallait 3 fois plus d’énergie pour perturber le collage de cet adhésif dur par rapport à d’autres adhésifs de qualité médicale. Et quand il se cassait, alors c’était l’hydrogel qui était sacrifié et non la liaison entre l’adhésif et le tissu. Ces résultats démontrent un niveau sans précédent de résistance à l’adhésion et de matrice.
Les chercheurs ont testé leur adhésif médical sur une variété de tissus de porcs secs et humides incluant la peau, le cartilage, le coeur, l’artère et le foie et ils ont constaté qu’il se collait à tous avec une résistance significativement plus élevée que les autres adhésifs médicaux. L’adhésif résistant a également maintenu sa stabilité et sa liaison lorsqu’on l’a utilisé chez des rats pendant 2 semaines. On l’a également utilisé pour sceller un trou dans le coeur de porc qui a été gonflé et dégonflé mécaniquement puis soumis à des dizaines de milliers de cycles d’étirement. De plus, il n’a provoqué aucun dommage tissulaire ou un collage supplémentaire aux tissus environnants lorsqu’on l’a utilisé sur une hémorragie hépatique chez la souris. Ce sont des effets secondaires qu’on avait observés avec de la super-colle et un adhésif commercial à base de thrombine.
Un tel matériau à haute performance a de nombreuses applications potentielles dans le domaine médical. Par exemple, un patch qui peut être coupé aux dimensions requises et appliqué sur des surfaces tissulaires ou comme une solution injectable pour des blessures plus profondes. On peut également l’utiliser pour attacher des dispositifs médicaux à leurs structures cibles telles qu’un actionneur pour supporter la fonction cardiaque. Cette famille d’adhésifs résistants possède des applications de grande envergure selon le co-auteur Adam Celiz. Nous pouvons créer ces adhésifs avec des matériaux biodégradables de sorte qu’ils se décomposent une fois qu’ils ont rempli leurs objectifs. Nous pourrions même combiner cette technologie avec une robotique souple pour fabriquer des robots collants ou avec des produits pharmaceutiques pour fabriquer un nouveau médium pour l’utilisation de médicaments.
La nature a souvent trouvé des solutions élégantes à des problèmes communs. Il suffit de chercher et de trouver la bonne idée quand on voit un phénomène intéressant selon Donald Ingber qui est professeur de biologie vasculaire. Nous sommes ravis de voir comment cette technologie, inspirée par une simple limace, pourrait devenir une nouvelle technologie pour la réparation chirurgicale et la guérison des plaies.
Source : Science (http://dx.doi.org/10.1126/science.aah6362)
