Spaghettis supramoléculaires: une nouvelle méthode pour le filage d'hydrogels fragiles

Avec leur capacité à transporter des molécules thérapeutiques et favoriser la croissance des tissus vivants, les hydrogels sont au coeur de nombreux programmes de recherche. Des chercheurs du CNRS, de l'université de Toulouse Paul Sabatier et de l'Inserm proposent une nouvelle technique pour modeler des hydrogels supramoléculaires sous forme de fils. Publiés dans la revue Nanoscale, ces travaux pourraient aboutir à des supports flexibles pour la culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec...) cellulaire ou permettre le filage d'autres matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.).


Les hydrogels, qui résultent du gonflement d'un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) par de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), sont très prisés dans le domaine biomédical car ce sont des matériaux cohésifs, mais ayant une teneur en eau qui dépasse souvent 95 %. Certaines applications, comme l'impression 3D, gagnent à pouvoir les injecter ou leur donner des formes particulières, ce qui n'est pas toujours possible en raison de leur fragilité (La fragilité est l'état d'une substance qui se fracture lorsqu'on lui impose des contraintes mécaniques ou qu'on lui fait subir des déformations brutales (c'est-à-dire sous forme de choc), sa...). Cas particuliers, les gels supramoléculaires sont préparés non pas à partir d'un réseau de polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un système formé par un ensemble de macromolécules de même nature chimique....), mais à partir de petites molécules qui s'autoassemblent en fibres. Des chercheurs du laboratoire Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP, CNRS/Université de Toulouse Paul Sabatier), du Laboratoire d'analyse et d'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des systèmes du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) (LAAS-CNRS, CNRS) et du Toulouse neuroimaging center (TONIC, Inserm/Université Toulouse III) ont mis au point (Graphie) une nouvelle méthode, qui leur a permis de filer un hydrogel de N-heptyl-D-galactonolactone. L'équipe avait précédemment utilisé les hydrogels de cette petite molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui...) pour la culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) de neurones.

Ces "spaghettis" d'hydrogel sont obtenus grâce à l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) dans de l'eau d'un jet de diméthylsulfoxyde (DMSO) parfaitement défini et délimité et dans lequel le gélifiant a été solubilisé. La diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire...) progressive de l'eau au sein du jet de DMSO aide la N-heptyl-galactonolactone à s'autoassembler sous forme de fibres nanométriques et, ainsi, à former un filament de gel continu. De plus, à l'échelle microscopique, les fibres s'organisent radialement par rapport à l'axe du "spaghetti", révélant ainsi la façon dont l'eau s'est propagée dans le DMSO. Lorsque l'injection de la solution de gélifiant dans l'eau est très rapide, des vortex se forment dans le jet et provoquent l'assemblage des fibres en spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.). Ce phénomène, absent des autres méthodes de filage d'hydrogels, intrigue les chercheurs qui espèrent l'utiliser pour obtenir des matériaux organisés à haute surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) spécifique. Enfin, cette technique ouvre la possibilité d'imprimer en 3D ce type d'hydrogels et de fournir ainsi des supports fortement hydratés de forme bien contrôlée pour la culture cellulaire.

Référence

Anaïs Chalard, Pierre Joseph, Sandrine Souleille, Barbara Lonetti, Nathalie Saffon-Merceron, Isabelle Loubinoux, Laurence Vaysse, Laurent Malaquin, Juliette Fitremann.
Wet spinning and radial self-assembly of a carbohydrate low molecular weight gelator into well organized hydrogel filaments

Nanoscale - Juin 2019.
DOI:10.1039/C9NR02727K