Lors de la course, respirer et bouger, le corps se déforme continuellement. Comment les tissus du corps gèrent-ils toutes ces contraintes mécaniques ? Publication aujourd'hui dans Physique de la nature , des chercheurs de l'Université et de la recherche de Wageningen (WUR) et de l'institut AMOLF montrent comment les deux principaux composants des tissus mous, collagène et acide hyaluronique, travailler ensemble pour affiner la réponse mécanique de nos tissus.

Cette étude fait progresser la compréhension de la façon dont la matière biologique régule avec précision sa fonction en combinant différents composants. En exploitant non seulement leurs propriétés individuelles, mais aussi comment ces composants interagissent, et ouvrant ainsi la voie à la synthèse de nouveaux matériaux polymères.

Un lobe d'oreille est doux lorsqu'il est doucement tiré. Cependant, avec une traction plus insistante et plus de force, il deviendra très raide. La peau et la plupart des tissus mous du corps, y compris les lobes d'oreilles, les muscles et le cartilage des genoux, ont cette extraordinaire capacité à passer drastiquement de souples à rigides lorsqu'ils sont soumis à de grandes déformations. Cette capacité est cruciale pour le fonctionnement biologique :lorsque le tissu est mou, les cellules peuvent se déplacer. À la fois, le tissu doit protéger les cellules et ne doit pas se briser, et devient donc plus rigide lorsque la déformation devient trop importante.

Réseaux de collagène dans la peau

L'origine physique de ce comportement mécanique particulier est la structure particulière formée par les protéines de collagène, appelé un réseau clairsemé. Cela a été révélé dans des études in vitro précédentes, dans lequel des réseaux de collagène extrait de la peau d'animaux se sont formés directement à l'intérieur d'un rhéomètre, un instrument qui permet aux chercheurs de mesurer la réponse d'un matériau tout en le déformant.

"Toutefois, les tissus réels sont beaucoup plus complexes :ils sont composés de différentes molécules qui ont des tailles différentes et interagissent entre elles de manière encore inconnue, " dit Simone Dussi, postdoc dans le groupe WUR Chimie Physique et Matière Molle dirigé par le prof. Jasper van der Gucht. « En raison de cette complexité, les vrais tissus sont bien plus adaptatifs que les réseaux étudiés jusqu'à présent, composé uniquement de collagène. Nous étions très excités de voir les résultats expérimentaux obtenus à AMOLF par Federica Burla dans le groupe du prof. Gijsje Koenderink. Ils ont systématiquement étudié les doubles réseaux où le deuxième composant le plus abondant des tissus, acide hyaluronique, était présent. Sa présence a considérablement modifié la réponse mécanique des réseaux composites et nous étions impatients de comprendre pourquoi. »

Plus rigide grâce à l'acide hyaluronique

"Contrairement aux fibres de collagène rigides, L'acide hyaluronique est un polymère beaucoup plus petit et plus flexible qui est chargé électrostatiquement. En raison des interactions électrostatiques, beaucoup de stress s'accumule en interne lors de la formation du réseau. Cette contrainte devient pertinente lorsque vous déformez le matériau, par exemple, en tirant dessus. Premièrement, les réseaux avec une plus grande quantité d'acide hyaluronique sont déjà plus rigides à petite déformation et d'autre part, le passage à la réponse encore plus rigide se produit à une plus grande déformation, " explique Justin Tauber, doctorat candidat dans le même groupe. « Nous avons réussi à construire un modèle théorique et effectué des simulations informatiques qui correspondent aux résultats expérimentaux. Les ingrédients clés ont été identifiés :En plus de la structure du réseau et de la rigidité en flexion des fibres de collagène, l'élasticité et le stress interne générés par l'acide hyaluronique sont cruciaux. Le modèle nous permet de faire un pas de plus dans la compréhension de la manière dont les tissus réels exploitent l'équilibre de tous ces effets. En outre, nos découvertes peuvent être traduites en science des matériaux pour créer de nouveaux matériaux polymères synthétiques avec des propriétés plus ajustables. »

Les chercheurs étudient maintenant quand et comment ces réseaux se fracturent, dans une autre étude inspirée de la biologie dont ils pourraient s'inspirer pour des matériaux synthétiques plus résistants.