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Les biomatériaux en science et technologie biomédicales - Par : Marwa Sta,

Les biomatériaux en science et technologie biomédicales


Marwa Sta
Marwa Sta est étudiante à la maîtrise, au département de génie mécanique à l'École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal et travaille sur l'Électrofilage des polymères thermosensibles pour des applications biomédicales.
Programme : Génie mécanique 

matériaux

Introduction

Le premier colloque visant à unifier deux regroupements stratégiques de recherche du Québec, soit le CRMAA (Centre de recherche sur les matériaux auto-assemblés) et le CQMF (Centre québécois sur les matériaux fonctionnels), s’est tenu les 3 et 4 mai 2016 à l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal. Lors de ce colloque, des chercheurs des regroupements stratégiques CRMAA et CQMF ont présenté les perspectives des axes de recherche suivants :

  1. Structures supramoléculaires et auto-assemblées
  2. Polymères
  3. Biointerfaces
  4. Nanoscience et nanotechnologies
  5. Énergie
  6. Biomédical
  7. Environnement et développement durable
  8. Matériaux intelligents

Cet article présente les perspectives de l’axe de recherche en biomatériaux« Biomédecine et biomatériaux » présenté par John A. Capobianco, professeur au Département de chimie et de biochimie de la Chaire de recherche en nanoscience de l’Université Concordia (Concordia University Senior Research Chair in Nano-science).

Les biomatériaux dans les applications biomédicales

Les biomatériaux utilisés dans différents types d’applications biomédicales ont grandement évolué ces dernières années. Voici les applications générales des biomatériaux :

  • Stockage de liquides, de tissus et d’autres produits biologiques
  • Diagnostic
  • Surveillance
  • Traitement

Que sont les biomatériaux? Un biomatériau est tout matériau d’origine naturelle ou synthétique qui entre en contact avec les tissus, le sang ou les liquides biologiques et qui est utilisé dans les applications prothétiques, diagnostiques, thérapeutiques ou de stockage, sans nuire à l’organisme vivant et à ses composantes [1].

Les biomatériaux ont évolué de simples dispositifs intégrés aux matériaux fonctionnels plus complexes pouvant commander les interactions biologiques.

biomatériaux
Les biomatériaux peuvent être dérivés de la nature ou synthétisés en laboratoire en différentes composantes, à partir de matériaux métalliques, céramiques, polymères et composites. Le choix des biomatériaux dépend de l’application et se base sur les paramètres suivants :

  • Propriétés mécaniques – assez forts pour résister à une utilisation répétée pendant une durée de vie déterminée
  • Propriétés thermiques/électriques
  • Conductivité
  • Diffusion (d’un médicament)
  • Absorption de l’eau
  • Biostabilité – stables et chimiquement inertes
  • Biocompatibilité – non toxiques et non cancérigènes

Exemples d’applications biomédicales

Administration ciblée de médicaments

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Les systèmes d’administration de médicaments nécessitent l’utilisation de biomatériaux intelligents pour remplir leur rôle thérapeutique et susciter la réponse attendue. L’administration de médicaments répondant à des stimuli, tels que le pH, les enzymes intracellulaires, la chaleur et la lumière sont ceux qui conviennent le mieux au traitement contre le cancer en raison des périodes de libération de médicament qui varient selon chacun des patients. L’administration d’un médicament anticancéreux photosensible, de type nitrobenzyle, à une petite molécule ou une macromolécule, est un exemple de méthode utilisant la lumière UV pour la libération du médicament. Une solution possible consiste à utiliser des nanomatériaux photoluminescents à conversion ascendante (UCNP) LiYF4; Tm3+ / Yb3+ à forte émission UV lorsqu’excités à 980 nm d’excitation centrée à 353 et 368 nm pour viser les 3P03H6 et 3P03F4, respectivement, qui agit comme source interne d’UV pour faciliter la réaction photochimique [2].

Applications orthopédiques

Différents biomatériaux tels que les métaux, les céramiques et les polymères sont utilisés dans en orthopédie :
– Les biomatériaux métalliques, tels que l’acier inoxydable 316L, les alliages Co-Cr, le titane et le Ti6AI4V, utilisés pour les membres porteurs de charges (broches, plaques, greffes, tiges fémorales);
– Les biomatériaux en céramique, tels que l’alumine, la zircone, le carbone et l’hydroxyapatite, utilisés dans le remplacement d’articulations et la fixation osseuse pour l’intégration d’un l’implant;
– Les biomatériaux en polymère, soit des matériaux polymères de poids moléculaire élevé tels que le polyéthylène, utilisés pour les remplacements d’articulations.

Applications en dentisterie

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Les biomatériaux dans les implants dentaires témoignent d’une évolution importante dans la science des matériaux et de la biologie. De nombreux types de matériaux ont été utilisés comme implants dentaires. Les premiers, découverts en Chine et en Égypte, étaient faits de pierre, d’or et d’ivoire. Au cours du 20e siècle, les implants en polymère, comme le polyuréthane, le polyamide et le polyméthylméthacrylate, ainsi que les implants en métal, comme le plomb, l’iridium, le tantale, l’acier inoxydable et des alliages de cobalt, ont également été utilisés [3]. Actuellement, de matériaux plus récents servent aux implants dentaires, grâce à un important travail de recherche. Ces matériaux répondent à des exigences fonctionnelles et esthétiques élevées.

Les disciplines de la recherche biomédicale couvrent les domaines suivants :

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Les progrès en technologie des biomatériaux

Les biomatériaux sont souvent conçus pour des applications médicales telles que les matrices de cellules pour la croissance et la reconstruction tissulaire en 3D, les biocapteurs, la biomimétrie et les dispositifs intelligents; ces matériaux peuvent ainsi faire partie d’un dispositif biomédical qui se charge des fonctions corporelles.

Les biomatériaux connaissent également des progrès dans le dosage et l’administration ciblée de médicaments, en raison de leurs nouvelles propriétés telles que la bioactivité et la biodégradabilité, en plus d’être inorganiques.

Les principaux thèmes de recherche

Les thèmes de recherche dans le domaine biomédical combinent plusieurs approches et projets reliés à l’immobilisation de médicaments pour des applications pharmaceutiques et la fonctionnalisation des biomatériaux :
– Amélioration de l’absorption de médicaments
– Administration soutenue de médicaments
– Ciblage de médicaments
– Amélioration de l’ingénierie tissulaire

 

Marwa Sta

Profil de l'auteur(e)

Marwa Sta est étudiante à la maîtrise, au département de génie mécanique à l'École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal et travaille sur l'Électrofilage des polymères thermosensibles pour des applications biomédicales.

Programme : Génie mécanique 

Chaire de recherche : Chaire de recherche ÉTS sur les mélanges et nanocomposites à base de thermoplastiques 

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Domaines d'expertise :

Génie biomédical