28 juin 2022 (Actualités Nanowerk) Des scientifiques de 4D-BIOMAP, un projet de recherche ERC de l'Université Carlos III de Madrid (UC3M), ont développé une nouvelle méthode expérimentale, basée sur des polymères magnéto-actifs, pour étudier le comportement cellulaire. Ces composés, constitués d'une matrice polymère (par exemple un élastomère) contenant des particules magnétiques (par exemple du fer), réagissent mécaniquement en modifiant leur forme et leur rigidité. Ce système pourrait être utilisé pour étudier des scénarios complexes (tels qu’un traumatisme cérébral, une cicatrisation de plaies, etc.) ou pour influencer les réponses cellulaires, guidant leurs fonctions. L'image du haut montre les forces générées par un champ magnétique externe sur les particules incorporées dans le matériau. Ces interactions sont simulées par un modèle informatique capable de guider le processus de fabrication et expérimental (image du milieu). Enfin, les forces générées sont transmises aux cellules cultivées sur le matériau intelligent (image du bas). Cette action sur les cellules entraînera des modifications ou une activation de leurs fonctions biologiques, comme la prolifération, la migration ou l'orientation, entre autres. (Image : UC3M) « Nous avons réussi à reproduire les déformations locales qui se produisent dans le cerveau lorsqu'il est soumis à un impact. Cela permettrait de reproduire ces cas en laboratoire, en analysant en temps réel ce qui arrive aux cellules et comment elles sont endommagées. De plus, nous avons validé le système en démontrant sa capacité à transmettre des forces aux cellules et à agir sur elles », explique le chercheur en charge de 4D-BIOMAP, Daniel García González, du département de mécanique des continus et d'analyse structurelle de l'UC3M. L'idée de ce projet est de pouvoir réaliser des études répliquant des processus biologiques complexes grâce à un nouveau système expérimental virtuellement assisté, qui permet un contrôle non invasif et en temps réel de l'environnement mécanique. Les cellules et tissus biologiques sont continuellement soumis à des contraintes mécaniques de la part de leur substrat environnant. Analyser et contrôler les forces qui influencent leur comportement constituerait donc une étape importante pour la communauté de la « mécanobiologie ». Le système proposé par 4D-BIOMAP repose sur l'utilisation de polymères magnéto-actifs extrêmement doux qui imitent la rigidité des matériaux biologiques. Grâce à leurs qualités, les matériaux magnéto-actifs permettent aux chercheurs de réaliser un suivi sans restriction des substrats biologiques, car les modifications mécaniques appliquées lors de l'expérimentation peuvent être réversibles. « Soutenus par le modèle informatique, nous avons utilisé toute cette science fondamentale pour concevoir un système d’actionnement intelligent qui, couplé à un microscope développé au sein de l’ERC, nous permet de visualiser la réponse cellulaire in situ. De cette manière, nous avons consolidé un cadre complet pour stimuler les systèmes cellulaires avec des matériaux intelligents magnéto-actifs », déclare Daniel García González. Ce cadre proposé ouvre la voie à la compréhension des processus « mécanobiologiques » complexes qui se produisent lors d’états de déformation dynamiques, tels qu’un traumatisme crânien, une cicatrisation cutanée pathologique ou un remodelage fibreux du cœur lors d’un infarctus du myocarde, par exemple. Matériaux appliqués aujourd'hui (« Système magnéto-mécanique pour reproduire et quantifier des modèles de déformation complexes dans les matériaux biologiques »). Au sein de l'UC3M participent les professeurs Miguel Ángel Moreno, Jorge González, Clara Gomez, Maria Luisa López et Ángel Arias du département de mécanique des continus et d'analyse structurelle, ainsi qu'Arrate Muñoz et Diego Velasco du département de bio-ingénierie et d'ingénierie aérospatiale.