L'étude, dirigée par le Dr Cheng-Hui Li de l'École de chimie et de génie chimique de l'Université de Nanjing, et le Dr Pengfei Zheng de l'hôpital pour enfants de l'Université médicale de Nanjing, a réussi à développer un muscle artificiel doté de propriétés mécaniques similaires à celles du tissu musculaire naturel. . L'équipe a utilisé la conception moléculaire pour synthétiser le muscle artificiel par copolymérisation en blocs de perfluoropolyéther biocompatible (PFPE) et de polycaprolactone diol (PCL). En ajustant avec précision les interactions intra- et intermoléculaires du PFPE et du PCL (par exemple, les interactions dipôle-dipôle) dans des conditions contrôlées, ils ont réalisé l'auto-assemblage et la séparation des microphases, supprimant la cristallisation du fragment PCL.
Le matériau présente un état amorphe à température ambiante et sans force externe, conservant un faible module élastique et une élasticité élevée. Sous contrainte de traction, les chaînes de polymère amorphe se déplient, s'alignent et se réorientent dans la direction de chargement, améliorant ainsi considérablement la résistance à la traction et la ténacité du matériau. Le matériau démontre également une remarquable résistance à la déchirure et à la perforation. Lors d'une déformation en traction cyclique sous des contraintes importantes, les chaînes PCL s'échappent des régions amorphes pour former des structures microcristallines alignées en chaîne, conférant au matériau des propriétés d'amélioration de l'entraînement semblables à celles d'un muscle.
De plus, le muscle artificiel présente une mémoire de forme et des performances d'actionnement exceptionnelles, avec des contraintes d'actionnement allant jusqu'à 600 % et des densités d'énergie de 1 450 J/kg. Sous stimulation thermique, le matériau peut soulever des objets pesant plus de 5 000 fois son propre poids et effectuer de manière fiable des mouvements de contraction et d’extension réversibles sur plusieurs cycles de chauffage et de refroidissement. « Ce muscle artificiel combine un faible module et une haute ténacité tout en reproduisant avec succès les fonctions d'entraînement et d'actionnement du muscle naturel, démontrant ainsi un grand potentiel dans les actionneurs prothétiques », a déclaré le Dr Li.
Le matériau présente une excellente biocompatibilité, ne présentant aucune cytotoxicité et favorisant de manière significative la croissance et la différenciation des myoblastes, formant des myotubes alignés dans la direction d'étirement du matériau. Les évaluations histologiques après implantation ont révélé que le matériau facilitait la croissance du tissu musculaire le long de l'échafaudage. Après quatre semaines, le muscle régénéré présentait une structure et une morphologie bien organisées, avec une force contractile musculaire comparable à celle des rats normaux. En outre, la régénération vasculaire, évaluée par coloration CD31 et α-SMA, indique une angiogenèse améliorée, cruciale pour la régénération musculaire.
L'élasticité, la ténacité et la douceur exceptionnelles de ce muscle artificiel lui permettent d'interagir avec souplesse avec les muscles résiduels. Ceci permet aux rats de maintenir leurs activités quotidiennes après l'implantation d'un échafaudage sans atrophie musculaire ni dysfonctionnement articulaire provoqué par une suture chirurgicale ou une immobilisation traditionnelle, raccourcissant ainsi considérablement la période de récupération.
Dr Pengfei Zheng, Hôpital pour enfants de l'Université médicale de Nanjing
Ce matériau musculaire artificiel innovant ouvre de nouvelles voies pour des applications biomédicales, notamment dans les domaines des prothèses, de l’ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative.
