Les scientifiques de NTU et CMU ont créé une structure d'hydrogel semblable à une feuille grâce à un processus similaire à la croissance des tissus foliaires réels. Crédit :CMU et NTU
Des scientifiques de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapour) et l'Université Carnegie Mellon (CMU) ont trouvé un moyen de diriger la croissance de l'hydrogel, une substance gélatineuse, pour imiter la structure et les formes des tissus végétaux ou animaux.
Les conclusions de l'équipe, Publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences aujourd'hui, suggèrent de nouvelles applications dans des domaines tels que l'ingénierie tissulaire et la robotique douce où l'hydrogel est couramment utilisé. L'équipe a également déposé un brevet auprès de la CMU et de la NTU.
Dans la nature, les tissus végétaux ou animaux se forment au fur et à mesure que de la nouvelle biomasse est ajoutée aux structures existantes. Leur forme est le résultat de différentes parties de ces tissus qui croissent à des rythmes différents.
Imitant ce comportement des tissus biologiques dans la nature, l'équipe de recherche composée des scientifiques de la CMU Changjin Huang, David Quinn, K. Jimmy Hsia et le président désigné de NTU, le professeur Subra Suresh, a montré qu'en manipulant la concentration en oxygène, on peut modeler et contrôler le taux de croissance des hydrogels pour créer les formes 3-D complexes souhaitées.
L'équipe a découvert que des concentrations d'oxygène plus élevées ralentissent la réticulation des produits chimiques dans l'hydrogel, inhibant la croissance dans cette zone spécifique.
Contraintes mécaniques telles que fil souple, ou substrat de verre qui se lie chimiquement au gel, peut également être utilisé pour manipuler l'auto-assemblage et la formation d'hydrogels en structures complexes.
Un bol d'hydrogel auto-assemblé avec un bord ondulé. Une solution de colorant alimentaire bleu est maintenue dans le bol pour démontrer son intégrité structurelle. Crédit :CMU et NTU
Ces structures organiques complexes sont essentielles à l'exécution de fonctions corporelles spécialisées. Par exemple, l'intestin grêle des humains est recouvert de plis microscopiques appelés villosités, qui augmentent la surface de l'intestin pour une absorption plus efficace des nutriments alimentaires.
La nouvelle technique diffère des méthodes précédentes qui créent des structures 3D en ajoutant/imprimant ou en soustrayant des couches de matériaux. Cette technique, cependant, repose sur la polymérisation en continu des monomères à l'intérieur de l'hydrogel poreux, similaire au processus d'agrandissement et de prolifération des cellules vivantes dans les tissus organiques. La plupart des systèmes vivants adoptent un modèle de croissance continue, ainsi, la nouvelle technique qui imite cette approche sera potentiellement un outil puissant pour les chercheurs pour étudier les phénomènes de croissance dans les systèmes vivants.
"Un meilleur contrôle de la croissance et de l'auto-assemblage des hydrogels dans des structures complexes offre un éventail de possibilités dans les domaines médical et robotique. Un domaine qui devrait en bénéficier est l'ingénierie tissulaire, où le but est de remplacer les tissus biologiques endommagés, comme dans les réparations du genou ou dans la création de foies artificiels, " a déclaré le professeur Subra Suresh, qui prendra ses fonctions de président du NTU le 1er janvier 2018.
Les hydrogels à croissance contrôlée et à structure contrôlée sont également utiles dans l'étude et le développement de l'électronique flexible et de la robotique douce, offrant une flexibilité accrue par rapport aux robots conventionnels, et imiter la façon dont les organismes vivants se déplacent et réagissent à leur environnement.
