Les matériaux vivants peuvent être considérés comme des hydrogels physiques complexes. Ils sont constitués essentiellement d’un réseau de chaînes polymères emprisonnant une très grande quantité d’eau: 80 % en poids, par exemple, dans le cartilage articulaire. Les cellules peuvent être considérées comme les productrices de ce réseau polymère. De nombreux tissus vivants sont ainsi formés de plusieurs couches de gels contenant des cellules différentes qui peuvent se déplacer dans une couche et encore moins d’une couche à l’autre.
Partant de ce constat, des chercheurs de l’ ( Université Lyon 1 / Université Saint-Etienne / Insa Lyon) ont élaboré de nouveaux hydrogels physiques multimembranaires. Ces biomatériaux peuvent adopter de nombreuses formes (sphères, disques, tubes, etc.). Ils présentent de nombreuses applications dans le domaine biomédical. Ils peuvent être directement utilisés comme implants mais constituent également de véritables bioréacteurs d’un type nouveau.
Des cellules de nature différente
Contrairement à des matériaux traditionnels, ils permettent de cultiver des cellules de nature différente dans plusieurs espaces intermembranaires. Cette propriété permet d’envisager la production de tissus complexes pluricellulaires multicouches comme la peau ou les vaisseaux sanguins. L’effet leurre permet de tirer partie de l’activité biologique particulière des hydrogels et de ralentir le processus de dégradation des membranes. En effet, lorsque les membranes sont uniquement constituées de briques présentes dans les tissus des mammifères, les cellules insérées entre ces dernières reconnaissent l’intégralité du biomatériau et produisent des enzymes qui vont le détruire. Impossible de construire un matériau multicouches.
Si les membranes possèdent des entités absentes chez les mammifères, leur biodégradation se trouve fortement ralentie, ce qui permet de séparer la culture de cellules de nature différente sans empêcher leur communication. Ce bioréacteur innovant vient d’être breveté. Une collaboration avec des spécialistes de biologie cellulaire a permis de cultiver des chondrocytes, des cellules du cartilage, dans plusieurs espaces intermembranaires successifs pendant huit mois. Les résultats sont excellents : les chondrocytes se multiplient et produisent une quantité très importante d’un tissu tout à fait semblable à du cartilage.
Des études moins avancées de co-culture de cellules endothéliales et ostéoprogénitrices sont très prometteuses. Elles permettraient de générer des tissus osseux in vitro. Dans tous les cas, les cellules ou les tissus formés restent bien compartimentés entre les membranes. Ces bioréacteurs seraient donc en mesure de répondre aux demandes de greffes toujours plus nombreuses, alors que le nombre de tissus à greffer n’est pas toujours suffisant.
