Une balle, une selle ou une assiette plate. La courbure des biomatériaux inhibe ou stimule les cellules osseuses à fabriquer de nouveaux tissus. C’est ce que montrent les ingénieurs de la TU Delft dans une recherche publiée le vendredi 3 mars dans Communication Nature. Cette étude des géométries pourrait être une étape importante dans la recherche sur la réparation des tissus endommagés.
Les cellules vivantes peuvent percevoir et réagir à la géométrie de leur environnement. «Les cellules détectent et réagissent à la géométrie des surfaces auxquelles elles sont exposées. En fonction de leur courbure, les surfaces peuvent soit encourager les cellules à créer de nouveaux tissus, soit les empêcher de le faire», explique Amir Zadpoor, professeur de biomatériaux et de biomécanique tissulaire, superviseur de l’étude. « La stimulation des courbures réalisées par une imprimante 3D est un moyen simple et sûr de favoriser la croissance des tissus. Par rapport aux médicaments, ils sont également beaucoup moins chers.
Dans des boîtes de Pétri, les chercheurs ont fait pousser des cellules osseuses entourées de petits moules fabriqués à partir de biomatériaux avec lesquels les chercheurs ont de l’expérience. Selon les courbures des moisissures, les cellules avaient tendance à croître, à se diviser et à former des tissus à des degrés divers.
Cellules en forme de selle
Bien que les formes courbes semblent exister dans des variations infinies, elles tombent toujours grosso modo dans l’une de ces trois catégories : une boule qui a une courbure convexe, une selle qui a une courbure concave et une plaque qui est plate. L’un des auteurs, professeur adjoint de biomatériaux Lidy Fratila-Apachitei : « Les cellules préfèrent une forme de selle. S’ils perçoivent une forme de selle à proximité, la croissance est stimulée. L’étude montre également que les cellules préfèrent les vallées aux collines.
Plutôt aligné que courbé
Le premier auteur, Sébastien Callens, a réalisé les expériences et l’analyse de l’étude. «Les cellules ont également un squelette, constitué de fibres qui sont sous tension à des degrés divers. La façon dont la tension s’accumule dans ces fibres influence fortement le comportement des cellules. Notre étude montre que les cellules alignent collectivement leurs fibres de stress avec les courbures qu’elles subissent pour minimiser leur besoin de se plier. J’ai pu voir que les cellules préfèrent s’aligner que se plier.
Budget de courbure de la selle
Vous ne pouvez pas avoir uniquement des courbes de selle autour des cellules. Tout comme les trois angles d’un triangle totalisent toujours 180 degrés, la somme de toutes les courbures doit également être égale à certains nombres fondamentaux. « Vous avez toujours un budget limité pour les formes de selle », déclare Zadpoor. « Si vous utilisez trop de courbure négative quelque part, vous devez utiliser des courbures positives ailleurs pour maintenir la somme constante. Vous devez utiliser votre budget à bon escient pour encourager une régénération tissulaire maximale.
Nouveaux biomatériaux
L’étude fournit des conseils sur la géométrie optimale des biomatériaux et des implants pour maximiser la régénération des tissus. Les conceptions géométriques complexes requises sont réalisées à l’aide de techniques d’impression 3D de haute précision pour rendre les formes si petites qu’elles sont perceptibles par les cellules. Callens : « Nous avons maintenant découvert de nouvelles règles du jeu grâce auxquelles les biomatériaux peuvent stimuler la croissance des tissus. Dans les recherches ultérieures, nous essaierons d’appliquer ces règles de manière optimale.
