L’utilisation efficace de la cellulose – le principal support végétal et un élément de base naturel majeur – pourrait résoudre de nombreux problèmes associés aux polymères à base de pétrole dans diverses industries. Dans la recherche d'utilisations plus durables de la cellulose, des scientifiques lituaniens ont développé une méthode de production d'une matrice de cellulose nanofibreuse, qui a le potentiel de remplacer l'industrie non renouvelable, même dans les applications biomédicales.
Les textiles, vêtements, jouets et équipements sportifs fabriqués à partir de matériaux synthétiques à base de pétrole ont un impact négatif important sur l'environnement tout au long de leur cycle de vie, de la production à la gestion des déchets.
Les scientifiques soutiennent qu'il est nécessaire de remplacer les matériaux à base de pétrole par des matériaux respectueux de l'environnement et de démontrer aux consommateurs que les produits utilisés depuis de nombreuses années peuvent être remplacés tout en conservant leur efficacité. Selon Ingrida Pauliukaitytė, doctorante à l'Université de technologie de Kaunas (KTU) et l'une des créatrices de la nouvelle nanofibre de cellulose respectueuse de l'environnement, l'invention est un pas vers une industrie plus durable.
Une méthode de production unique
La cellulose est le polysaccharide naturel le plus abondant et le plus répandu sur Terre, que l'on trouve couramment dans les parois cellulaires végétales, les algues ou synthétisé par certaines bactéries. « J'ai choisi la cellulose comme objet de recherche en raison de son origine naturelle et de ses propriétés favorables : sa biocompatibilité et sa dégradabilité, la variété de ses souches chimiques et son large éventail d'applications », explique l'inventeur.
L'invention a été développée en utilisant la méthode d'électrofilage par voie humide, dans laquelle la cellulose est dissoute dans des solvants spéciaux – des liquides ioniques – et la solution est ensuite transformée en fibres. « Il s'agit d'une méthode qui permet de créer des matrices cellulosiques avec une structure gélatineuse unique, semblable aux fibres de cellulose naturellement synthétisées par les bactéries », explique le doctorant de la Faculté de technologie chimique (CTF) de la KTU.
Cette méthode de création de cellulose présente un avantage sur le marché en raison de son respect de l'environnement. En particulier, la méthode de dissolution utilisée est plus respectueuse de l'environnement grâce à l'utilisation de « solvants verts ».
De plus, la matière première de ce processus de production peut être soit de la cellulose brute, soit des déchets de cellulose. Selon la pureté du matériau, la fibre obtenue peut être utilisée pour différents produits. La cellulose recyclée peut être utilisée pour produire de nouveaux produits composites polymères tels que des jouets, des équipements sportifs et des articles ménagers. Si la matière première est de la cellulose végétale pure, les applications biomédicales ont un grand potentiel, où ce type de structure nanofibreuse possède des propriétés de biocompatibilité uniques.
Un coup de pouce significatif pour la recherche sur le cancer
« Notre invention – une matrice de cellulose nanofibreuse – est comme un échafaudage, un support structurel qui aide les cellules à se diviser et à se développer », explique Pauliukaitytė.
La biocompatibilité mentionnée par Pauliukaitytė, scientifique du KTU, est très importante en ingénierie tissulaire pour éviter la réponse immunitaire de l'organisme vivant à un matériau utilisé pour la reproduction cellulaire autre que celui naturellement synthétisé par l'organisme.
De plus, la cellulose possède des propriétés mécaniques très favorables, de sorte que les fibres développées sont solides et peuvent résister aux contraintes élevées qui surviennent lors de la prolifération des cellules. Puisque la cellulose absorbe l'eau, l'utilisation de fibres de cellulose dans la cicatrisation des plaies peut contrôler la quantité d'humidité qui se produit pendant le processus de guérison. »
Ingrida Pauliukaitytė, doctorante à l'Université de technologie de Kaunas
Jusqu’à présent, l’applicabilité de la cellulose en ingénierie tissulaire a été testée pour la reconstruction des structures cartilagineuses, osseuses et vasculaires. Cependant, compte tenu des propriétés de biocompatibilité, de structure et de rétention d'humidité de la cellulose, ce polymère présente un grand potentiel d'utilisation en médecine régénérative, qui vise à stimuler les mécanismes naturels de récupération de l'organisme et à restaurer les fonctions biologiques perdues, ainsi que pour la croissance des organes.
De plus, les nanofibres de cellulose développées sont non seulement biocompatibles et respectueuses de l'environnement, mais ont également le potentiel de former des modèles cellulaires tridimensionnels (3D) qui reflètent mieux le comportement cellulaire dans l'environnement naturel. « Il s'agit d'un avantage significatif, en particulier dans le domaine de l'ingénierie tissulaire et de la recherche sur le cancer, car les cultures 3D permettent des expériences plus précises et une meilleure compréhension de la croissance et des interactions cellulaires », explique Pauliukaitytė.
