MIT développe des matériaux auto-réparateurs par coagulation

Les caillots sanguins sont un moyen par lequel le corps se guérit après une blessure. Le processus est rapide, fiable et y passe chaque minute de la journée sans que nous en soyons conscient. Maintenant, une équipe dirigée par Alfredo Alexander-Katz, un professeur adjoint en science des matériaux et ingénierie au MIT, étudie les caillots sanguins comme un nouveau modèle de production de matériaux auto-réparateurs.

La coagulation du sang semble simple. Par exemple, si vous vous blessez alors votre corps va arrêter le saignement et fermer la plaie. Cependant, cette simple phrase couvre un mécanisme biologique extrêmement complexe impliquant toutes sortes de processus chimiques et mécaniques qui ne sont toujours pas entièrement comprises.

La coagulation utilise des molécules présentes dans les tissus et la circulation sanguine. Beaucoup de ces molécules circulent dans les veines et les artères comme des petits kits médicaux attendant qu’on ait besoin d’eux. Si un vaisseau sanguin est blessé ou une cellule meurt, cela déclenche une cascade d’événements visant à stopper le saignement et protéger la plaie contre l’infection. L’équipe du MIT a concentré son attention sur une seule partie de ce processus très complexe: Comment la coagulation utilise le flux sanguin pour obstruer la blessure ?

Ce qu’ils ont découvert était le contraire de ce que l’on pourrait s’y attendre. Habituellement, quand un fluide circule ou s’écoule, ça l’empêche de se solidifier. C’est le principe derrière les bétonnières. En maintenant le ciment ou une boisson glacée en agitation, on empêche les cristaux de se former  et ainsi on empêche le liquide de se transformer en une masse solide. Avec du sang, c’est exactement le contraire. Plus rapide est la circulation, plus rapidement se forme un caillot.

Le processus que l’équipe a étudié implique des plaquettes et une molécule bio polymère appelé facteur de von Willebrand (vWF). Les plaquettes sont des cellules sanguines sans noyau qui ont un certain nombre de fonctions dans la coagulation. Dans ce cas, ils agissent comme des blocs de construction de caillots de sang. vWF est une molécule à longue chaîne qui flotte dans la circulation sanguine, enroulée comme un rouleau de ruban adhésif. Avec l’augmentation de la circulation sanguine, par exemple lorsqu’on se blesse, l’écoulement pousse le vWF à s’étirer.

Lorsque le vWF est enroulé, il roule juste; mais lorsqu’il est étiré, les surfaces intérieures collantes qui sont exposées commencent à attraper les plaquettes et les enchevêtrent ou les entassent si vous voulez. Plus rapide est la circulation et plus les molécules se déroulent. D’autres cellules se laissent prendre et un bouchon se forme en quelques secondes. Ceci, à nouveau, semble simple mais la coagulation est un processus qui nécessite un contrôle minutieux et constant pour éviter que le vaisseau sanguin ne se retrouve complètement bouché. Pour cette raison, il y a aussi des “ciseaux moléculaires” qui coupent le bouchon (caillot) pendant sa formation. Mais avec l’augmentation du flux sanguin due à la blessure, la coagulation s’accélère jusqu’à ce que les ciseaux ne puissent plus rien faire. Quand la blessure est fermée, le flux sanguin diminue et le caillot commence à se dissoudre. Les ciseaux se remettent enfin au travail.

Le résultat de tout cela est un nouveau modèle pour les matériaux auto-réparateurs. Ces matériaux existaient déjà avant la deuxième guerre mondiale, mais le principe d’auto-réparation était relativement simple. Certains matériaux, comme les réservoirs de carburant autocollants utilisaient une couche qui se dilatait pour remplir des trous provoqués par des balles. D’autres s’appuyaient sur des capillaires remplis de résines qui se propageaient et se durcissaient pour réparer les dégâts. Toutefois, les caillots de sang sont dynamiques. Ils se forment sous certaines conditions et se dissolvent lorsque ces conditions ne sont plus remplies. Plus important encore, ils ne sont pas un simple composé d’étanchéité, mais une technique de construction qui se forme avec une rapidité remarquable et qui est réversible.

Ces propriétés font des caillots un sujet d’étude très intéressant pour les ingénieurs. En imitant le mécanisme de coagulation du sang, l’équipe du MIT estime que cette technique pourrait trouver plusieurs applications. Non seulement il pourra être utilisé dans les matériaux auto-réparateurs, mais il pourrait être utilisé aussi bien dans l’auto-assemblage.

Source: MIT