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Des bio-ingénieurs ont mis au point des générateurs biocompatibles qui créent des impulsions électriques lorsqu’ils sont comprimés par les mouvements du corps. Ces générateurs sont constitués de « plaquettes piézoélectriques » auto-assemblées qui peuvent être fabriquées rapidement et à moindre coût pour permettre une large utilisation des thérapies électromécaniques alimentées par les muscles.

Des thérapies électromécaniques

Les matériaux piézoélectriques tels que les céramiques et les cristaux ont la propriété particulière de créer une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique. Ils sont utilisés dans de nombreux dispositifs, notamment les transducteurs à ultrasons, les capteurs de vibrations et les téléphones portables.

En médecine, l’électrostimulation à l’aide de dispositifs piézoélectriques s’est avérée bénéfique pour accélérer la cicatrisation des plaies et des fractures, maintenir le tonus musculaire des victimes d’accidents vasculaires cérébraux et réduire les douleurs chroniques. Toutefois, l’absence de biocompatibilité – qui se traduit par une rigidité et une toxicité – a freiné les progrès dans ce domaine.

Maintenant, des bio-ingénieurs du département de science et de génie des matériaux de l’université du Wisconsin ont mis au point des dispositifs thérapeutiques piézoélectriques implantables. Ces dispositifs souples et très minces tirent parti du fait que les matériaux biologiques non rigides et non toxiques tels que la soie, le collagène et les acides aminés possèdent également des propriétés piézoélectriques.

L’équipe, dirigée par Xudong Wang, professeur de science et de génie des matériaux, a créé une méthode d’auto-assemblage de petites structures en forme de patchs qui utilisent l’acide aminé lysine comme générateur piézoélectrique. Le processus d’auto-assemblage intègre une enveloppe en polymère biocompatible qui entoure la lysine lorsque la solution de polymère/lysine s’évapore. L’interaction chimique entre la couche interne de lysine et le revêtement en polymère est essentielle pour orienter la lysine dans la structure cristalline pour qu’elle produise du courant électrique lorsqu’elle est fléchie.

De très bons résultats chez les rats

L’équipe a effectué un certain nombre de tests sur les propriétés des plaquettes piézoélectriques. Des plaquettes ont été placées dans la jambe et la poitrine de rats. Les mouvements des jambes et du thorax ont suffisamment comprimé les plaquettes piézoélectriques pour créer une sortie électrique. Les analyses de sang effectuées après la dissolution de la plaquette transplantée dans les rats ont montré des niveaux normaux de cellules sanguines et d’autres métabolites, ce qui indique que l’implant dissous n’a eu aucun effet nocif.

Wang souligne la simplicité du travail de l’équipe, qui peut transformer les mouvements musculaires en approches thérapeutiques susceptibles de changer la donne. « Nous pensons que cette technologie ouvre un vaste éventail de possibilités, notamment la détection en temps réel, la guérison accélérée des plaies et d’autres types de blessures, et la stimulation électrique pour traiter la douleur et d’autres troubles neurologiques. »

Un grand potentiel

« Ce qui est important, c’est que notre technologie d’auto-assemblage rapide réduit considérablement le coût de ces dispositifs, ce qui a le potentiel d’étendre considérablement l’utilisation de cette forme très prometteuse d’intervention médicale. »

Cette recherche a été publiée dans Science.

Source : National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering
Crédit photo : StockPhotoSecrets