Une nouvelle façon de fabriquer des matériaux de remplacement osseux qui permet aux cellules de se développer autour et à l'intérieur d'elles a été développée par des chercheurs de l'Université de Birmingham.

L'équipe a adopté une nouvelle approche appelée chimiobrionics, dans lequel les composants chimiques sont amenés de manière contrôlée à réagir ensemble de manière spécifique, permettant l'auto-assemblage de structures bio-inspirées complexes.

Les scientifiques ont observé pour la première fois ces « jardins chimiques » réalistes il y a plusieurs centaines d'années, mais un regain d'intérêt récent dans le domaine de la chimiobrionique a vu les chercheurs utiliser ces techniques pour concevoir de nouveaux matériaux à l'échelle micro et nanométrique.

Les chercheurs de Birmingham ont cherché à savoir si la chimiobrionique pouvait également être exploitée pour des applications biotechnologiques.

Auteur principal Erik Hughes, de l'École de génie chimique de l'Université de Birmingham, explique « Nous avons cherché à savoir si la chimiobrionique pouvait être utilisée pour former des architectures chimiquement et structurellement similaires à l'os humain. Une fois qu'une méthode de génération de telles structures est établie, la prochaine étape naturelle est d'évaluer si les matériaux chimiobrioniques peuvent fournir des cadres idéaux pour la régénération osseuse."

L'équipe a utilisé un gel chargé de calcium en couches sous une solution de phosphate, et a réussi à faire pousser de longs tubes creux microscopiques d'hydroxyapatite dont la composition est similaire à celle de l'os naturel. L'hydroxyapatite est couramment utilisée comme matériau de substitution osseuse, mais il est généralement fabriqué sous forme de poudre ou de bloc dur, qui doit ensuite être façonné avec un traitement ultérieur.

Les structures individuelles développées par l'équipe de Birmingham sont approximativement aussi épaisses qu'un cheveu humain. Ces tubes possèdent des caractéristiques distinctives, y compris les surfaces poreuses qui favorisent les interactions avec les cellules. Publié dans RSC Sciences des biomatériaux , l'étude démontre la similitude des tubes avec de nombreuses structures trouvées dans le tissu osseux, tels que les ostéons - de longs canaux cylindriques dans l'os qui abritent les vaisseaux sanguins.

"On peut trouver plein d'exemples de principes chimiobrioniques à l'œuvre dans la nature, " explique Erik. " Par exemple, au fond de l'océan, nous voyons des fluides chauds riches en minéraux émis par les bouches hydrothermales qui réagissent avec l'eau de mer froide pour former des structures en forme de cheminée. Nous exploitons ces mêmes mécanismes pour fabriquer ces nouvelles structures pour des applications en médecine régénérative. »

L'équipe a testé la capacité des tubes à soutenir la fixation des cellules, viabilité et croissance en laboratoire à l'aide de cellules souches. Ils ont pu montrer une propagation étendue des cellules sur et s'étendant à l'intérieur des tubes après seulement 48 heures, indiquant des interactions favorables entre la cellule et le matériau.

« L'utilisation de la chimiobrionique pour produire des matériaux biocompatibles est une approche relativement nouvelle, mais nous sommes vraiment excités par son potentiel, " déclare la co-première auteure Miruna Chipara, qui est également basé à la School of Chemical Engineering de l'Université de Birmingham. "En particulier, la façon dont ces structures favorisent l'intégration cellulaire signifie qu'elles pourraient être largement utiles pour la régénération osseuse".

Les prochaines étapes pour les chercheurs comprennent la réalisation de tests supplémentaires pour démontrer les propriétés des matériaux tubulaires et comment ils peuvent être modifiés pour améliorer la régénération des tissus. Les chercheurs espèrent que leurs travaux mèneront au développement d'une nouvelle classe de matériaux de substitution osseuse chimiobrioniques.