Journal de médecine régénérative

Biomatériaux et bioingénierie

Des avancées technologiques sont en cours pour le développement de la surveillance continue et de la régulation des niveaux de glucose par l'implantation de puces capteurs. La technologie des laboratoires sur puce devrait moderniser les diagnostics et les rendre plus faciles et plus réglementés. Un autre domaine susceptible d'améliorer les soins de santé de demain est la délivrance de médicaments. Les micro-aiguilles ont le potentiel de surmonter les limites des aiguilles conventionnelles et sont étudiées pour l'administration de médicaments à différents endroits du corps humain. Il y a d’énormes progrès dans le domaine de la fabrication d’échafaudages qui ont amélioré le potentiel de l’ingénierie tissulaire. La plupart des échafaudages émergents pour l’ingénierie tissulaire sont les hydrogels et les cryogels. Les hydrogels dynamiques ont d’énormes applications dans l’ingénierie tissulaire et l’administration de médicaments. De plus, les cryogels étant supermacroporeux, permettent la fixation et la prolifération de la plupart des types de cellules de mammifères et ont montré leur application dans l'ingénierie tissulaire et la bioséparation.

Du point de vue des soins de santé, les biomatériaux peuvent être divisés dans les catégories suivantes : (1) Synthétiques (métaux, polymères, céramiques et composites) ; (2) D'origine naturelle (d'origine animale et végétale) ; (3) Matériaux semi-synthétiques ou hybrides. Tous ces types de biomatériaux sont utilisés dans le domaine des soins de santé depuis longtemps, mais les développements qui ont suivi ont accru leur utilité dans le domaine des soins de santé. Les métaux sont une classe de matériaux largement utilisés pour les applications porteuses. Certains des exemples incluent des fils et des vis pour fracturer des plaques de fixation et des articulations artificielles. Lors d'une arthroplastie de la hanche, les composants fémoraux sont généralement fabriqués à partir d'alliages Co-Cr-Mo ou Co-Ni-Mo ou d'alliages de titane. Les polymères sous forme d'implants ou de dispositifs biomédicaux sont utilisés comme prothèses faciales, tubes trachéaux, parties de reins et de foie, composants cardiaques, etc. Le polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé (UHMWPE) a montré des applications dans les articulations du genou, de la hanche et de l'épaule.

Les céramiques ont révélé des applications comme implants dentaires ou matériaux d’obturation. Comme les céramiques ont une faible ténacité à la rupture, leurs applications en tant que matériaux porteurs sont limitées. Les matériaux composites sont largement utilisés pour les membres prothétiques, en raison de la combinaison d’une faible densité et d’une haute résistance. Peu de types de matériaux composites tels que la charge de bisphénol A-glycidyl-quartz/silice et la charge de polyméthacrylate de méthyle-verre sont largement utilisés pour les restaurations dentaires. Les polymères d'origine naturelle comme le collagène, la gélatine, l'alginate, l'acide hyaluronique, etc. sont largement utilisés dans les domaines de la santé pour la fabrication d'échafaudages tridimensionnels (3D) destinés à soutenir la croissance et la prolifération cellulaire. De tels échafaudages ensemencés de cellules en 3D imitent le tissu hôte natif et présentent donc une applicabilité significative dans le domaine de la médecine régénérative. Comme les biomatériaux d’origine naturelle ont une résistance mécanique limitée, cela limite leurs applications dans les régions porteuses. Ces matériaux sont donc modifiés chimiquement pour améliorer leurs propriétés mécaniques. Les exemples incluent les chaînes de collagène modifiées avec de la lysine et de l'hydroxyle-lysine, du fibrinogène pégylé (PF), etc.

La première génération de biomatériaux a été développée dans les années 1960 et 1970 pour être utilisée comme implants médicaux. L'objectif fondamental lors de la fabrication de ces biomatériaux était de maintenir un équilibre entre les propriétés physiques et mécaniques ainsi qu'une toxicité minimale pour les tissus hôtes. Les propriétés idéales des biomatériaux de première génération recherchées par les chirurgiens étaient (1) des propriétés mécaniques appropriées ; (2) résistance à la corrosion en milieu aqueux ; et (3) ne devrait pas provoquer de toxicité ou de cancérogénicité dans les tissus vivants. Mais les biomatériaux de deuxième génération ont été développés pour être bioactifs. Les développements ultérieurs de la technologie des biomatériaux se traduisent désormais par l’expansion de biomatériaux de troisième génération capables de stimuler une réponse cellulaire spécifique. Les exemples incluent le verre bioactif (3ème génération) et les mousses poreuses, conçues de manière à activer les gènes pouvant stimuler la régénération des tissus vivants. Des efforts sont également déployés pour développer des matériaux d'échafaudage possédant des caractéristiques à l'échelle nanométrique afin d'imiter la matrice extracellulaire native de l'hôte.

Actuellement, les chercheurs se concentrent principalement sur le développement de tissus artificiels (en tant que biomatériaux) présentant les mêmes caractéristiques architecturales que leurs homologues naturels. Le développement et l’utilisation de biomatériaux devraient augmenter dans les années à venir. De nouvelles méthodes de pronostic sont en cours de développement et deviennent disponibles pour accompagner le progrès d'approches innovantes pour des soins de santé abordables.