Les hydrogels et leurs applications biomédicales

Résumé du document

La science des biomatériaux est un domaine de la Science des matériaux, qui a connu une forte et stable progression au cours de son histoire, notamment grâce à des industries comme Smith et Nephew investissant de fortes sommes d'argent dans le développement de nouveaux produits. Il est peu de thérapeutiques chirurgicales qui ne fassent appel à des biomatériaux. On peut citer par exemple le traitement chirurgical des traumatismes, des conséquences cardiovasculaires, ophtalmologiques, urologiques ou articulaires du vieillissement, les tumeurs, les maladies dégénératives, etc.

Il ne peut sans doute pas exister de définition totalement satisfaisante des biomatériaux. Cependant, nous allons nous intéresser plus particulièrement aux applications biomédicales une définition souvent acceptée dans le domaine de la biologie et de la médecine est : "Tout matériau, naturel ou non, comprenant tout ou partie d' une structure vivante ou d' un appareil biomédical qui exécute ou remplace une fonction naturelle. »

En 1987, Williams a défini un biomatériau comme : « Un matériau non viable utilisé dans un dispositif médical, destiné pour agir réciproquement avec des systèmes biologiques ». Au-delà de toute définition formelle, la notion de biomatériau est entièrement contenue dans la nécessaire prise en compte du contact de ces matériaux avec des tissus ou fluides vivants. Parmi les nombreuses classes de biomatériaux existantes, nous nous intéresserons plus particulièrement aux polymères d'hydrogels. Lorsqu'un polymère soluble dans l'eau est réticulé chimiquement, il se gonfle, mais ne se dissout plus. On appelle ce polymère gorgé d'eau un hydrogel.

Les hydrogels sont des polymères insolubles dans l'eau et capables de constituer une sorte de gel avec un énorme pouvoir absorbant . Ces biomatériaux sont capables de gonfler et de dégonfler rapidement et peuvent retenir d'importantes quantités d'eau dans leur structure gonflée (entre 10% et 100 fois leur poids sec en eau). En effet, ils peuvent parfois contenir jusqu'à 99% d'eau dans leur forme finale. Les produits obtenus possèdent un haut degré de flexibilité, comparable aux tissus vivants. Étant constitués en grande partie d'eau, ils sont naturellement compatibles avec ces tissus.

Extraits

[...] Cela va donc permettre de respecter la biocompatibilité du gel. Leur réaction avec les chaines des polymères est assez bien étudiée: le groupement aldéhyde des agents de réticulation réagit avec le groupement imine des chaines par une réaction de Shiff (voir annexes). De plus, des liaisons avec les groupes hydroxyle des polymères ne peuvent pas être exclues Les hydrogels reliés par des liaisons faibles: les hydrogel physiques Structure des interactions dans les hydrogels physiques Les hydrogels physiques sont caractérisés par des chaines composant le réseau reliées par des liaisons de type faible, c'est à dire des liaisons ioniques, hydrogènes (ou autres interactions dipolaires), hydrophobes Ils ont des structures très similaires aux gels reliés par des liaisons covalentes. [...]

[...] Les Biomatériaux implantés posent le problème de leur sécurité et de leur devenir dans l'organisme . Mais quand pouvons nous réellement parler de biomatériaux ? Il ne peut sans doute pas exister de définition totalement satisfaisante des biomatériaux. Cependant, Cependant, nous allons nous interesser plus particlulierement aux applications biomédicales une définition souvent acceptée dans le domaine de la biologie et de la médecine est : Tout matériau, naturel ou non, comprenant tout ou partie d'une structure vivante ou d'un appareil biomédical qui exécute ou remplace une fonction naturelle. [...]

[...] Ainsi, pour la conception d'un réseau hydrogel contrôlant la sortie d'un médicament, il sera nécessaire de bien adapter la composition polymérique et la densité du réseau à la bonne taille et de l'adapter à la composition de la molécule de médicament qui va être libérée. De plus, la vitesse de gonflement est inversement proportionnelle au carré de la taille du gel et peut être augmenté facilement en augmentant la porosité du gel. Ceci revient en fait à augmenter le rapport surface/volume. Expérimentalement, il a été montré que le dégonflement se fait plus rapidement que le gonflement, le rapport vitesse de gonflement/vitesse de dégonflement des gels très poreux variant selon les conditions de PH. [...]

[...] Lors du chargement d'une protéine dans un gel ; la force ionique, le pH et le tampon utilisé dans la solution de protéines peuvent, individuellement ou conjointement contrôler la quantité et la distribution de protéines chargées dans le gel. Le coefficient de diffusion 'effectif' ou 'apparent' de la molécule marquée (sonde), peut se Dapp= fraction volumique des pores où T est la tortuosité, Do le T calculer par: coefficient de diffusion dans l'eau libre, et où le rapport de la fraction de volume de pore divisée par la tortuosité est toujours [...]

[...] Biop. Methods. Tome p. 347-363 (1981), qui nous nforme que pour des gels préparés avec de l'eau pure, la variation de la taille moyenne des pores noté Ф (Phi) en fonction de la concentration d'agarose C (en pourcentage) est : Ф = 140.7 Applications biomédicales des hydrogels Les hydrogels sont utilisés dans de nombreux domaines tels : L'agroalimentaire, en tant qu'épaississant, stabilisants ou gélifiants . L'art pour la peinture, ils absorbent et retiennent l'eau qui offre moins d'accrochage aux salissures. [...]