Des gels pliés en kirigami pour façonner des tissus, en laboratoire

Pliez une feuille de papier, découpez quelques fentes, dépliez-la : vous obtenez un flocon de neige. C'est le kirigami, dont les ingénieurs se sont inspirés pour des structures déployables destinées aux engins spatiaux et pour les semi-conducteurs. À la faculté d'ingénierie de l'Université de l'Illinois à Chicago, une équipe vient d'appliquer la même logique à des gels mous capables de porter des cellules vivantes, afin de construire des formes qui imitent les structures tissulaires du corps humain.

Les techniques du kirigami donnent à des matériaux plats et rigides une nouvelle élasticité et souplesse, et permettent de remodeler un matériau sans modifier sa composition. Ce potentiel a été exploré dans les technologies portables et l'optique, mais, comme l'a résumé Gasvoda, pas facilement dans l'ingénierie tissulaire ni avec des matériaux mous, de type gel, qui portent des cellules. Selon l'équipe, les approches classiques « ont eu du mal à reproduire certaines de ces structures, en particulier celles aux courbures complexes et aux détails délicats ».

Le mécanisme repose sur deux idées. La première est l'hydrogel lui-même, un gel riche en eau fabriqué à partir de gélatine et d'alginate, un polymère naturel extrait d'algues. La seconde est la photolithographie, une technique qui utilise une lumière structurée pour créer des zones aux densités de réticulation différentes, c'est-à-dire des zones où les chaînes de polymère sont plus ou moins étroitement liées. Les chercheurs ont conçu une armature externe rigide qui conserve sa forme dans le milieu de culture, tandis que les zones internes absorbent ce milieu et se dilatent. Cette différence fait se courber, se plier et se transformer la structure au fil du temps, ce que l'article appelle « 4D » : une structure tridimensionnelle dont la forme évolue avec le temps. Les constructions prennent leur forme finale sans manipulation supplémentaire de la part des chercheurs.

Le résultat reste une démonstration de laboratoire. L'équipe a montré que la plateforme peut générer des géométries complexes en parallèle de la formation de nouveaux tissus, mais elle n'a pas encore été testée sur des animaux, et les auteurs ne donnent aucune date pour cette étape. Leur objectif à long terme est le transfert clinique, qui constituerait une étape supplémentaire.

Pour les patients, rien ne change pour l'instant. Pour les chercheurs en ingénierie tissulaire, l'approche offre une nouvelle façon de programmer la forme d'une construction au lieu de la sculpter à la main. Si les études animales suivent, les cibles affichées par l'équipe sont les cartilages, os, tissus trachéaux et vasculaires, c'est-à-dire les structures dont les formes tridimensionnelles complexes ont été les plus difficiles à reproduire.