Biomatériaux : la médecine de demain

Les biomatériaux au service de notre santé de demain
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L’homme réparé, régénéré, augmenté… Avec les perspectives ouvertes par les biomatériaux au service de la santé humaine, le futur commence aujourd’hui. Visite guidée parmi ces matériaux non vivants, mais conçus pour interagir avec nos fonctions biologiques.

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Rédigé par : Comité éditorial Giphar
Relu et approuvé par : Comité éditorial Giphar
Mis à jour le : 08/11/2018

Biomédecine : de la science-fiction à la réalité

Nous sommes en 2263, au XXIIIe siècle, dans le film Le Cinquième Élément. Dans cet univers futuriste, le corps d’une jeune femme disparue dans le crash d’un vaisseau spatial peut être reconstitué, en quelques minutes, au moyen de l’impression 3D et à partir des cellules d’un fragment de son bras. Science-fiction tirée de l’imagination prolifique du cinéaste français Luc Besson ? Pas seulement, car la recherche sur les biomatériaux offre en effet des perspectives saisissantes. Avec, à terme, la promesse de recréer des organes.

 

Biomatériaux : les substituts d’organes sont déjà là

Prothèses de hanche et de genou, implants dentaires, stents cardiaques (1), plaques et clous en orthopédie… Nous sommes déjà nombreux à « héberger » des dispositifs médicaux à base de biomatériaux. Chaque année, 140 000 prothèses totales de hanche, 146 700 stents coronaires (2) et 400 000 implants dentaires (3) sont posés en France.
La première implantation de larynx artificiel post-cancer a eu lieu en 2012. Et il devient même possible d’envisager une transplantation cardiaque avec un cœur artificiel.
Développés grâce aux progrès de l’industrie aérospatiale, les biomatériaux peuvent suppléer aux défaillances du corps humain. À chaque usage son matériau, avec un degré de stabilité et de biocompatibilité qui va toujours croissant. Métaux nobles, céramiques et polymères cohabitent souvent dans des matériaux composites.

 

Des biomatériaux qui évoluent très vite

L’enjeu reste la réaction du corps. « Lorsqu'on implante un biomatériau, quel qu’il soit, explique Vincent Ball, chercheur à l’Inserm et spécialiste des biomatériaux, le corps génère une réponse inflammatoire. C’est un processus normal, qui ne doit pas s’emballer. » Autre difficulté liée à l’usage des biomatériaux implantés : la contamination bactérienne.
Plus de 60 % des infections contractées à l’hôpital – ou infections nosocomiales – sont causées par un dispositif médical ou chirurgical (4). Cependant, tandis qu'ils étaient autrefois choisis pour leurs seules propriétés mécaniques, les biomatériaux sont désormais d’une innocuité absolue. Avec, de en souvent, un traitement de surface nanométrique (on compte un million de nanomètres dans un millimètre ¬!) leur conférant des propriétés anti-inflammatoires et antimicrobiennes.

 

La régénération d’organes et la biomédecine 

Les biomatériaux hybrides, qui associent du matériel synthétique et des cellules vivantes, sont capables de stimuler la régénération tissulaire. Ainsi, dans le cadre du projet REBORNE, mené par l’Inserm, des essais cliniques sont en cours pour démontrer la capacité des biomatériaux, associés à des cellules-souches, à réparer les os pour les 5 % de fractures qui ne cicatrisent pas seules. De même, un laboratoire français (5) a mis au point, afin de soigner certaines maladies vasculaires (chez l’animal pour l’instant), de petits vaisseaux sanguins artificiels à structure poreuse, qui vont disparaître au fil de la régénération, en étant colonisés par les cellules de l’animal hôte.

 

Des vecteurs thérapeutiques

Les biomatériaux peuvent aussi jouer le rôle de vecteurs pour des substances thérapeutiques, notamment lorsque le traitement doit agir au cœur des cellules, comme dans les tumeurs cancéreuses. Plusieurs équipes de recherche travaillent à la mise au point de nanoparticules biodégradables dans l’organisme humain et encapsulant des principes actifs de médicaments. À l’aide d’une simple injection intraveineuse, la durée de vie de ces molécules médicamenteuses dans le corps est ainsi rallongée. Et la dernière génération de ces nanovecteurs est même capable de cibler les cellules recevant le traitement. Une dizaine de ces nanomédicaments sont déjà disponibles en France.

 

Notre corps de en lisible

Les nanovecteurs à base de biomatériaux peuvent embarquer des molécules, lisibles par contraste en imagerie médicale (par IRM ou scanner), permettant d’observer le fonctionnement des organes in vivo. Une technique d’imagerie moléculaire qui s’avère très utile, par exemple, pour surveiller la formation d’un caillot de sang et prévenir la survenue d’un AVC ou d’un infarctus. Ou encore pour suivre la délivrance de traitements anticancéreux dans une tumeur. On parle alors de « théranostique », contraction de thérapie et de diagnostic.

 

2 questions à Vincent Ball, professeur à la faculté de chirurgie dentaire de Strasbourg et chercheur dans l’unité Biomatériaux et bio-ingénierie de l’Inserm.

 

Quelles sont les grandes promesses des biomatériaux dans le champ de la santé ?

D’abord, le fait que les biomatériaux forment aujourd’hui un domaine de recherche transdisciplinaire excédant largement le champ de la biologie. Les équipes spécialisées intègrent des médecins cliniciens de ieurs spécialités, mais aussi des compétences en informatique, en mécanique, en chimie ou en ingénierie. La biologie de synthèse ouvre des perspectives extrêmement prometteuses. Il devient possible de fabriquer des biomatériaux vivants à partir de tissus humains comme des fragments de peau ou des cellules souches, présentes dans la moelle épinière. Après-demain, il sera possible d’envisager la bio-impression 3D des organes.


Quels obstacles restent à lever ?

La formation de nos scientifiques en France est encore beaucoup trop spécialisée. Et le processus de mise sur le marché est encore trop long et aléatoire. Heureusement, la modélisation d’organes humains sur des puces (ou organ on chips), qui reproduit le fonctionnement d’un tissu ou d’un organe à l’échelle d’une puce électronique, promet d’accélérer la recherche en se passant des tests sur les animaux.

 

Sources

(1) Sorte de petits ressorts en métal, placés dans les artères pour éviter qu'elles ne se bouchent.

(2) Agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé, 2013 et 2014.
(3) Étude Millennium Research Group, 2013.
(4) Ebrey R, Hamilton MS, Cairns G, et al. Bio lms and hospital-acquired infections. In: Ghannoum M, O’Toole GA, editor Microbial Bio lms. Washington DC.
(5) Laboratoire de recherche vasculaire translationnelle (Paris), en association avec l’Inserm et les universités Paris-Diderot et Paris-Nord.

 

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