Alice GIBIINO a réalisé sa thèse intitulée « Formation et Propriétés Mécaniques des Hydrogels Biocompatibles Auto-cicatrisants » sous la Direction de Laurent Orgeas (Directeur de Recherches CNRS au laboratoire 3SR) et le co-encacrement de Mehdi Bouzid (Chargé de Recherches CNRS au laboratoire 3SR) et de Raphaël Michel (Chargé de Recherches CNRS au laboratoire Cermav).
Résumé de la thèse :
« Les hydrogels sont des matériaux prometteurs pour l’ingénierie tissulaire en raison de leur similitude structurelle avec la matrice extracellulaire. Cependant, concevoir des systèmes d’hydrogel capables de reproduire une large gamme de rigidités tissulaires (du très souple au rigide) tout en possédant des capacités de réparation spontanée, comme observé dans certains tissus, reste un défi majeur.
Pour relever ce défi, un premier hydrogel biocompatible a été développé. Celui-ci repose sur des chaînes d’acide hyaluronique (HA) réticulées par des nanoparticules de silice (SiNP) via des liaisons covalentes dynamiques dans des conditions physiologiques (pH ~7,4). Les mesures rhéologiques ont montré que la rigidité
du gel pouvait être augmentée en ajustant la concentration en SiNP, bien que le gel reste relativement souple (module de cisaillement ~1 à 40 Pa). Des simulations de dynamique moléculaire à gros grains ont permis d’expliquer ces observations expérimentales et d’orienter de futures expériences, en révélant que les mécanismes moléculaires de renforcement sont influencés par la flexibilité des chaînes polymériques, le rapport taille polymère/particule, et la concentration en nanoparticules.
Ces paramètres étant difficiles à modifier expérimentalement, un second système d’hydrogel a été conçu, dans lequel les chaînes de HA peuvent former des liaisons covalentes dynamiques non seulement avec les SiNP mais aussi entre elles, formant ainsi un réseau polymérique renforcé par des SiNP. En ajustant la concentration de nanoparticules, l’hydrogel atteint un module de cisaillement plus élevé (~1 kPa), présente un comportement de renforcement sous contrainte sous de grandes déformations oscillatoires — similaire à celui observé dans les réseaux biopolymères natifs — et affiche des propriétés auto-cicatrisantes.
En conclusion, grâce à une approche combinant simulations et expériences, nous avons développé des systèmes d’hydrogels composites modèles, formés dans des conditions physiologiques (pH ~7,4), avec une réponse mécanique ajustable et capables de reproduire les propriétés mécaniques de certains tissus biologiques. »
