Un adhésif puissant et stable en milieu humide pour favoriser la cicatrisation

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Des chercheurs conçoivent un adhésif médical souple, à l’épreuve de l’humidité et non toxique en s’inspirant… d’une limace

Lindsay Brownell, Wyss Institute

Avez-vous déjà essayé de faire adhérer un Band‑Aid® à une peau humide sans perdre patience? La peau humide n’est toutefois pas la seule surface inhospitalière pour les adhésifs médicaux. En effet, l’organisme regorge de sang, de sérum et d’autres liquides qui nuisent à la cicatrisation de nombreuses lésions internes. Parmi les adhésifs actuels, plusieurs sont toxiques pour les cellules, rigides une fois secs et n’adhèrent pas bien aux tissus biologiques. Cependant, des chercheurs des universités Harvard et McGill ont mis au point un adhésif ultrapuissant, résistant, biocompatible et dont l’adhérence aux tissus – même humides – est comparable à celle du cartilage élastique naturel de l’organisme. La revue Science de cette semaine consacre un article à leurs travaux.

Jianyu Li, auteur principal de l’étude, est aujourd’hui professeur adjoint au Département de génie mécanique de l’Université McGill. Lorsqu’il a commencé à étudier les adhésifs médicaux dans le but de les améliorer – il était alors boursier postdoctoral à l’Institut Wyss de génie biologique de l’Université Harvard – il a trouvé la solution là où il l’attendait le moins : chez une limace. Lorsqu’elle se sent menacée, la Loche roussâtre (Arion subfuscus), répandue en Europe et dans certaines régions des États-Unis, sécrète un mucus qui, telle une colle, la cloue sur place si solidement que le prédateur a du mal à la déloger. Lors d’une étude antérieure, on avait constaté que cette substance comportait une matrice résistante parsemée de protéines à charge positive. Il n’en fallait pas plus pour que Jianyu Li et ses collaborateurs de l’Institut Wyss et de l’École John-A.-Paulson de génie et de sciences appliquées (SEAS) de l’Université Harvard aient l’idée de créer un hydrogel à double couche. La première couche, matrice constituée d’alginate-polyacrylamide, sert de support à une seconde couche adhésive qui renferme des polymères à charge positive faisant saillie à sa surface.

Une combinaison gagnante

Les polymères de la couche adhésive se lient aux tissus biologiques par trois mécanismes – attraction électrostatique aux surfaces cellulaires à charge négative, fixation par liaisons covalentes entre atomes contigus et interpénétration physique – réalisant une très forte adhérence. Cela dit, la matrice est aussi importante que la couche adhésive, précise le chercheur : « Lors de la mise au point de la plupart des matériaux antérieurs, on se souciait uniquement de l’interface tissu-adhésif. Dans le cas de notre adhésif, l’énergie peut se dissiper dans la matrice, si bien que le produit peut se déformer beaucoup plus avant de se briser ». La matrice conçue par l’équipe de chercheurs renferme des ions calcium unis à l’hydrogel d’alginate par des liaisons ioniques. Lorsque l’adhésif subit un stress, ce sont ces liaisons ioniques qui se brisent en premier, « sacrifice » qui permettra à la matrice d’absorber une grande quantité d’énergie avant que sa structure soit altérée.

« Notre matériau se distingue essentiellement par une combinaison gagnante, à savoir une très grande adhérence alliée à une capacité de transférer et de dissiper la contrainte. Ce sont là des propriétés qui n’ont jamais été réunies dans un seul et même adhésif », explique Dave Mooney, Ph. D., auteur-ressource, membre fondateur et professeur à l’Institut Wyss ainsi que titulaire de la chaire de la Famille Robert-P.-Pinkas en génie biologique à la SEAS.

Les chercheurs ont mis leur adhésif à l’essai sur toutes sortes de tissus porcins, tant secs qu’humides : peau, cartilage, cœur, artère et foie. L’adhérence du produit à tous ces tissus s’est révélée significativement supérieure à celle d’autres adhésifs médicaux. De plus, ce puissant adhésif est demeuré stable et fermement attaché aux tissus pendant deux semaines après avoir été implanté chez des rats ou utilisé pour obturer un trou dans un cœur de porc, qu’on a ensuite gonflé et dégonflé mécaniquement, puis soumis à des dizaines de milliers de cycles d’extension. On s’est également servi de cet adhésif pour juguler une hémorragie hépatique chez la souris : le produit n’a pas lésé les tissus ni provoqué l’apparition d’adhérences sur les tissus avoisinants, effets indésirables observés tant avec la colle super glue qu’avec un adhésif commercial à base de thrombine.

Quelles sont les applications possibles?

En médecine, les applications possibles d’un matériau d’une telle efficacité ne manquent pas. Ainsi, on pourrait en faire des pièces à découper et à appliquer sur des surfaces tissulaires, ou encore une solution injectable indiquée en cas de blessure profonde. Cet adhésif peut également servir à attacher un dispositif médical à une structure, par exemple un dispositif d’assistance cardiaque. « Les éventuelles applications de cette famille de puissants adhésifs sont multiples », souligne Adam Celiz, Ph. D., coauteur et aujourd’hui chargé de cours au Département de génie biologique de l’Imperial College de Londres. « Nous pouvons fabriquer ces adhésifs au moyen de matériaux biodégradables, qui se décomposeront après avoir rempli leur mission. Nous pourrions même allier cette technologie à la robotique souple pour concevoir des robots adhésifs, ou encore à la pharmacologie pour mettre au point de nouveaux dispositifs d’administration de médicaments. »

« Ce n’est pas la première fois que l’on trouve dans la nature la parfaite solution à un problème courant. Il suffit de chercher à la bonne place et d’avoir un peu de flair », résume Donald Ingber, directeur fondateur de l’Institut Wyss, titulaire de la chaire Judah-Folkman de biologie vasculaire à la Faculté de médecine de l’Université Harvard et à l’Hôpital pour enfants de Boston (Programme de biologie vasculaire) ainsi que professeur de génie biologique à la SEAS de l’Université Harvard. « Nous avons bien hâte de voir où nous mènera cette technologie, inspirée d’une simple limace, dans ses éventuelles applications en chirurgie et en cicatrisation. »

L’article « Tough adhesives for diverse wet surfaces », J. Li et coll., a été publié dans la revue Science

 

Cette étude a été financée par l’Institut Wyss de l’Université Harvard, la Fondation nationale des sciences (NSF), les Centres de recherche sur le génie des matériaux (MRSEC) de l’Université Harvard, les Instituts nationaux de la santé (NIH) des États-Unis, la bourse internationale sortante Marie-Curie, la Fondation des sciences de l’Irlande et l’Université Tsinghua.

 

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