Quand la médecine régénératrice imite la nature

Le bio­mimétisme est de plus en plus pop­u­laire dans la recherche bio­médi­cale. Il irrigue aus­si bien les travaux de biolo­gie fon­da­men­tale que le développe­ment de tech­nolo­gies médicales. 

C’est un nou­veau tour­nant pour la médecine répara­trice. Elle est en passe de devenir régénéra­tive, c’est-à-dire vrai­ment capa­ble de restau­r­er les tis­sus biologiques et leurs fonc­tions. Il s’agit de repro­duire le vivant et ses proces­sus, de dévelop­per une approche bio­mimé­tique de la médecine. Cette démarche s’allie à une autre approche à l’interface des sci­ences des matéri­aux et des sci­ences biologiques, la bio­ingénierie. Cather­ine Picart, qui dirige l’équipe Bio­mimétisme et Médecine Régénéra­trice au sein de l’Unité Biosan­té au CEA de Greno­ble, s’appuie sur ces out­ils pour créer des bio­matéri­aux afin de répar­er des tis­sus osseux, en col­lab­o­ra­tion avec des chirurgiens max­il­lo-faci­aux de l’hôpital d’Annecy. Il s’agit de pro­pos­er à l’os lésé un envi­ron­nement pour le faire se recon­stru­ire. Pour cela, l’équipe conçoit des bio­matéri­aux qui con­ti­en­nent des fac­teurs de crois­sance osseuse. Ils sont imprimés en 3D et on y dépose un film bio­mimé­tique dit « ostéoin­duc­teur », favorisant la régénéra­tion de l’os.

Ces bio­matéri­aux sont des polymères qui ressem­blent à la matrice extra­cel­lu­laire : le gel biologique présent entre les cel­lules des ani­maux. Ce polymère rétic­ulé est com­posé d’acide hyaluronique, un polymère présent dans la peau et capa­ble de for­mer des films très minces sur lesquels on peut dépos­er le fac­teur de crois­sance, cette pro­téine qui com­mande la crois­sance osseuse. Le film est déposé à la sur­face d’un bio­matéri­aux poreux, fab­riqué par impres­sion 3D. Les cel­lules y adhèrent et comblent les espaces en pro­duisant de l’os. Cela a été démon­tré en 2016 sur des mod­èles de rongeurs¹.

Cette approche a égale­ment fait ses preuves sur de gros ani­maux (cochon, mou­ton) présen­tant des défauts osseux de la mâchoire² et de la pat­te³. Chez l’humain, ce type de mal­for­ma­tion néces­site actuelle­ment plusieurs opéra­tions de greffes osseuses. Avec le con­cept de régénéra­tion osseuse, il suf­fi­rait de gref­fer un os syn­thé­tique et de le laiss­er se reconstruire.

Cette tech­nique a l’avantage de pro­duire une restau­ra­tion sur mesure. Le moule 3D con­trôle la forme et la porosité de l’os restau­ré, tan­dis que le film de sur­face en définit la quan­tité et la vitesse de repousse.

Pour com­pléter cette approche bio­mimé­tique, un autre axe de l’équipe con­siste à com­pren­dre com­ment ces matri­ces arti­fi­cielles, asso­ciées à des fac­teurs de crois­sance, agis­sent sur les cel­lules. Il s’agit en par­ti­c­uli­er de repro­duire in vit­ro le con­trôle qu’elles exer­cent sur la com­mu­ni­ca­tion cel­lu­laire et la for­ma­tion des tis­sus⁴.  

La dif­fi­culté de ces travaux est la rigid­ité des sur­faces affec­tant la réponse des cel­lules. Les chercheurs grenoblois ont donc dévelop­pé une approche avec des films bio­mimé­tiques sou­ples, dont l’épaisseur est inférieure à deux micromètres. Ils sont déposés sur des plaques for­mées de 96 puits util­isées couram­ment dans la recherche bio­médi­cale. Chaque puits peut ain­si con­stituer une con­di­tion expéri­men­tale et il est pos­si­ble de men­er 96 expéri­ences de front, cha­cune présen­tant des com­po­si­tions de matrice ou de fac­teurs de crois­sance différents.

Cette approche apporte des élé­ments de com­préhen­sion des mécan­ismes molécu­laires de for­ma­tion du tis­su osseux, pou­vant être utiles pour l’approche clin­ique de répa­ra­tion osseuse.

Le bio­mimétisme per­met égale­ment de créer de nou­veaux out­ils pour la médecine, et en par­ti­c­uli­er pour la chirurgie. Il existe tout un pan de tech­nolo­gies médi­cales qui cherche à repro­duire les pro­priétés de cer­taines espèces ani­males ou végé­tales. C’est le cas d’aiguilles chirur­gi­cales⁵ inspirées de guêpes par­a­si­tiques, dévelop­pées par les uni­ver­sités de Delft et de Wagenin­gen. Ultra­fines, ces aigu­illes sont con­sti­tuées de sept tiges indépen­dantes qui assurent l’élasticité et la solid­ité du système.

Tou­jours en chirurgie, des chercheurs de l’université améri­caine de l’Illinois ont créé une ven­touse inspirée de la pieu­vre⁶ des­tinée à trans­fér­er des tis­sus déli­cats lors des greffes. Ce sys­tème met à prof­it les pro­priétés élec­trother­miques d’un polymère afin de repro­duire la suc­cion déli­cate des tentacules.

Les glues chirur­gi­cales con­stituent un autre champ d’outils bio­mimé­tiques très promet­teur. En la matière, c’est l’entreprise française Tis­si­um⁷ qui sem­ble l’une des plus avancées. La société parisi­enne a repro­duit les pro­priétés d’un ver marin, Phrag­matopo­ma cal­i­for­ni­ca, qui con­stru­it des châteaux de sable afin d’y loger ses colonies. Un ciment résis­tant à l’eau assure la solid­ité des édi­fices. C’est cette pro­priété qui intéresse la chirurgie.

Depuis la recherche fon­da­men­tale jusqu’aux tech­nolo­gies médi­cales, le con­cept de bio­mimétisme irrigue l’innovation médi­cale. Une étude⁸ du cab­i­net d’analyse stratégique indo-bri­tan­nique Prece­dence Research estime ain­si le marché de l’innovation médi­cale bio­mimé­tique à plus de 33 mil­liards de dol­lars en 2022 et pour­rait attein­dre les 65 mil­liards de dol­lars en 2032. Sans doute, ces esti­ma­tions s’appuient sur une déf­i­ni­tion large de l’innovation bio­mimé­tique, mais elles dessi­nent le nom­bre de recherch­es qui attein­dront le marché dans les prochaines années.

Agnès Vernet