La technologie de la toile d’araignée

Lorsque Mohsen Akbari, ingénieur biomédical à la University of Victoria, décrit les microfibres futuristes qui sont créées dans son laboratoire pour élucider des mystères médicaux, il semble très loin de la nature.

Pourtant, la nature est à la fois une source d’inspiration et un plan d’action pour les travaux du Laboratory for Innovation in Microengineering (LiME). Les chercheurs de ce laboratoire multidisciplinaire étudient ce que la nature fait déjà brillamment, puis tentent de le recréer en laboratoire pour améliorer les méthodes de traitement des maladies et d’administration des médicaments.

L’équipe de M. Akbari a étudié comment les araignées sécrètent de multiples protéines qui, ensemble, forment la fibre merveilleuse qui sert à tisser leur toile. Ces travaux ont mené à la création de « microfibres intelligentes » qui peuvent être intégrées à un tissu semblable à de la gaze pour traiter des brulures et d’autres lésions à l’aide de « pansements intelligents ». Les fibres peuvent détecter les premiers signes d’infection et libérer un médicament sans qu’il soit nécessaire d’enlever le pansement – un processus qui peut être surveillé par un signal de téléphone intelligent.

Les scientifiques du LiME étudient les caractéristiques et les interactions des systèmes et appareils de l’organisme et en refont la conception en laboratoire à l’aide de l’ingénierie inverse. Ils ont réussi à créer des microfibres qui imitent les muscles squelettiques, la moelle épinière et les nerfs périphériques afin d’obtenir des résultats plus précis dans le cadre des essais de nouveaux médicaments.

Les microfibres peuvent aussi être intégrées à un « tissu à mailles intelligent » conçu pour diffuser un médicament dans un organe malade.

Il n’y a qu’un médicament qui traite le cancer du cerveau agressif, mais il est si toxique pour les autres organes que seulement 5 % des patients traités en retirent un bienfait. M. Akbari affirme que ce tissu à mailles permettrait aux chirurgiens d’enlever la tumeur, de faire immédiatement une impression 3D du tissu et d’en tapisser la cavité tumorale. Le médicament serait ensuite ajouté au tissu, directement dans le cerveau, puis libéré lentement à plus fortes doses sans endommager d’autres organes.

« Si seulement 10 % des patients pouvaient retirer un effet bénéfique grâce à cette méthode, ce serait une grande amélioration », déclare M. Akbari.

Grâce aux travaux réalisés au LiME, les nouveaux médicaments peuvent être mis à l’essai sur des microfibres qui imitent le tissu humain. Les laboratoires pharmaceutiques peuvent cibler plus rapidement ceux qui sont efficaces et observer leur rendement sur des fibres spéciales qui reproduisent la partie du corps à traiter. Bientôt, des microcapsules intelligentes construites avec de nouveaux matériaux transporteront directement des charges médicamenteuses à un organe malade, ce qui évitera les effets secondaires toxiques sur d’autres systèmes ou appareils de l’organisme.

« Qui sait, peut-être qu’un jour il sera possible de créer de tout nouveaux organes à l’aide de ces microfibres et matériaux? C’est un rêve que nous poursuivons toujours », souligne M. Akbari.

« Personne n’a encore trouvé la façon de vasculariser les organes, de reproduire tous ces vaisseaux sanguins, explique M. Akbari. C’est encore la nature qui gagne! C'est pourquoi nous nous tournons vers elle pour trouver des réponses. »

Seulement 10 % des médicaments testés sont lancés sur le marché, et moins d’un tiers de ceux‑ci sont aussi efficaces qu’on l’espérait. Cela est dû en grande partie à la façon dont l’organisme distribue les médicaments et aux défis associés à l’administration des médicaments dans les parties malades sans nuire aux organes sains. La perte de cheveux chez les gens qui suivent un traitement de chimiothérapie est un exemple de traitement qui cause des effets secondaires indésirables.

Les microfibres fabriquées au LiME sont inspirées de la nature et construites à l’aide de techniques textiles classiques, notamment le tressage, le tissage et la broderie.

Un seul « pansement intelligent » peut contenir une gamme de microfibres ayant des propriétés différentes, dont notamment certaines qui peuvent libérer les médicaments et d’autres, conduire l’électricité pour créer la chaleur qui déclenchera la libération des médicaments. D’autres microfibres imitent la moelle osseuse, les muscles ou l’intérieur rainuré de la colonne vertébrale, offrant une plateforme « humaine » plus réaliste pour tester les nouveaux médicaments.

Cet article a été adapté et traduit avec la permission de la  University of Victoria (site en anglais seulement).

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