Smart medical devices based on polysaccharide hydrogel obtained by 4D printing
Dispositifs médicaux intelligents à base d’hydrogel de polysaccharide obtenus par Impression 4D
Résumé
D printing is the process by which a 3D-printed object is transformed into a different structure under the influence of a stimulus. The possibility of printing hydrogels in 4D opens up potential applications in the biomedical field. Indeed, the design of medical devices capable of changing shape and function in response to specific physiological or external stimuli can offer personalized and adaptive treatment solutions, thereby improving medical therapies based on the specific therapeutic needs of patients. The systems studied in the literature are often designed from synthetic polymers, which may present certain limitations in terms of biocompatibility and biodegradability. This work proposes the development of hydrogels based on a natural polymer, alginate, obtained through photoreticulation. By modifying parameters such as molecular weight and the degree of methacrylation, it is possible to control the characteristics of the hydrogels and their morphological responses to an ionic stimulus. This flexibility has proven useful for adjusting the morphological and mechanical properties according to a specific application. It was therefore possible to print hydrogels with programmed deformations by controlling the spatial photoreticulation of the gel. To add another stimulus to the alginate-based system, the integration of a thermosensitive polymer based on Pluronic was proposed. To achieve this, an in-depth study was conducted to understand the influence of methacrylation on the thermal properties of Pluronics. This analysis enabled the establishment of phase diagrams for Pluronics P123, P104, and F127, demonstrating how these materials respond to temperature variations. The alginate-based hydrogels reinforced with methacrylated Pluronic F127 showed improved mechanical properties while maintaining programmed deformations. Finally, this work demonstrated proof of concept for devices such as stents and scaffolds for tissue filling, which can adapt to specific implantation sites in the body and respond dynamically to stimuli.
L'impression 4D est le processus par lequel un objet imprimé en 3D est transformé en une structure différente sous l'influence d'un stimulus. La possibilité d’imprimé des hydrogels en 4D permet d’envisager des applications potentielles dans le domaine biomédical. En effet, la conception de dispositifs médicaux capables de changer de forme et de fonction en réponse à des stimuli physiologiques ou externes spécifiques peut offrir des solutions de traitement personnalisées et évolutives, améliorant ainsi les thérapies en fonction des besoins spécifiques des patients. Les systèmes étudiés dans la littérature sont souvent conçus à partir de polymères synthétiques qui peuvent présenter certaines limites en termes de biocompatibilité et de biodégradabilité. Ce travail propose l'élaboration d'hydrogels à base de polymère naturel, l’alginate, obtenus par photo-réticulation. En modifiant des paramètres tels que la masse molaire et le degré de méthacrylation, il est possible de contrôler les caractéristiques des hydrogels et leurs réponses de changement morphologique lors d’un stimulus ionique. Cette flexibilité s’est révélée utile pour ajuster les propriétés morphologiques et mécaniques en fonction d’une application particulière. Il a donc été possible d’imprimer des hydrogels avec desdéformations programmées en contrôlant la photo-réticulation spatiale du gel. Afin d’ajouter un autre stimulus au système à base d’alginate, l’intégration d’un polymère thermosensible à base de Pluronic a été proposée. Pour ce faire, une étude approfondie a été réalisée pour comprendre l'influence de la méthacrylation sur les propriétés thermiques des Pluronics. Cette analyse a permis d’établir des diagrammes de phases pour les Pluronics P123, P104 et F127, démontrant comment ces matériaux réagissent aux variations de température. Les hydrogels à base d’alginate renforcés par le Pluronic F127 méthacrylé ont montré des propriétés mécaniques améliorées tout en maintenant des déformations programmées. Finalement, ce travail a permis de démontrer des preuves de concept de dispositifs commedes stents et des scaffolds pour le comblement tissulaire, capables de s'adapter aux sites d’implantation spécifiques du corps et répondre de manière dynamique aux stimuli.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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