Introduction
Les matériaux non tissés biodégradables ont démontré un potentiel considérable dans le domaine du génie biomédical, en particulier dans le cadre de l’ingénierie tissulaire. L’objectif de l’ingénierie tissulaire est de faciliter la régénération des tissus endommagés en intégrant des cellules à des structures de soutien tridimensionnelles temporaires (matrices). Les échafaudages biodégradables jouent un rôle central dans ce processus en fournissant un soutien structurel temporaire aux cellules. Les matériaux non tissés à base de fibres sont particulièrement bien adaptés à cet usage, car leur structure fibreuse ressemble à la matrice extracellulaire naturelle. Cette architecture permet une porosité élevée et une surface spécifique importante, favorisant ainsi l’adhésion, la migration et la prolifération cellulaires.
Le polycaprolactone (PCL) est un matériau largement utilisé dans la fabrication de supports à base de fibres dégradables. Le PCL est un polyester aliphatique semi-cristallin caractérisé par une bonne biocompatibilité, une dégradation hydrolytique contrôlable et relativement lente, ainsi qu’une bonne aptitude au traitement. L’électrofilage ou l’électrofilage à l’état fondu peuvent être utilisés pour produire des non-tissés à base de fibres de PCL, ce qui permet un contrôle précis de la géométrie des fibres, de la porosité et des propriétés mécaniques.
Les échafaudages en PCL sont souvent utilisés en ingénierie tissulaire pour les structures porteuses telles que les tendons et les muscles [1,2]. Un problème notable qui se pose dans ce contexte est le comportement de fluage important présenté par les non-tissés à base de fibres lorsqu’ils sont soumis à des déformations répétées. La microstructure du matériau (figure 1) entraîne des mécanismes de déformation supplémentaires. Lorsqu’elles sont soumises à des forces externes, les fibres peuvent subir une réorientation et s’aligner dans la direction de la charge appliquée. Les points de contact entre les fibres sont susceptibles de se rompre. À l’échelle macroscopique, cela se traduit par une déformation plastique ou un fluage accrus par rapport aux matériaux densément compactés. Dans le cadre d’une implantation, le non-tissé est soumis à des déformations répétées, par exemple en raison de la contraction du tissu musculaire environnant.
À mesure que la déformation plastique du non-tissé augmente, il existe un risque qu’il perde le contact avec le tissu environnant en raison d’un relâchement. Il est donc crucial de caractériser ce comportement de fluage dynamique des implants à base de fibres.
Mesures de résistance à la traction et de récupération après fluage sur des non-tissés en PCL
Les mesures de traction et de récupération après fluage ont été réalisées à 37 °C à l’aide d’un appareil DMA 303 d’ NETZSCH Eplexor® en mode traction. Des échantillons rectangulaires de 20 mm de longueur, 5 mm de largeur et 0,3 mm d’épaisseur ont été prélevés sur les non-tissés en PCL (figure 2). Le matériau a d’abord été caractérisé à l’aide d’un essai de traction quasi-statique. Une vitesse d’allongement de 0,5 %/s et une précharge de 0,1 N ont été appliquées. Les résultats de l’essai de traction sont présentés à la figure 3. Les observations suggèrent qu’une relation contrainte-déformation élastique peut être identifiée jusqu’à une déformation d’environ 8 %.
Les mesures de récupération après fluage ont été réalisées en cinq cycles, avec un déplacement fixe de 5 % appliqué à chaque cycle. Les résultats de ces mesures sont présentés à la figure 4. La déformation résiduelle a été déterminée pour chaque cycle de mesure à la fin de la phase de récupération, comme l’illustre la figure 5. Il apparaît clairement que la déformation résiduelle est la plus prononcée après le cycle initial, puis qu’elle continue à diminuer par la suite. Les résultats des mesures indiquent une diminution constante de la déformation résiduelle sur l’ensemble des cycles, ce qui suggère une convergence vers une valeur limite. Ce constat indique que le comportement au fluage observé peut être attribué principalement à une réorganisation structurelle au sein du réseau de fibres plutôt qu’à des mécanismes viscoélastiques ou viscoplastiques moléculaires.
Conclusion
Le recours aux essais de traction statiques comme méthode principale pour la caractérisation des échafaudages à base de fibres en ingénierie tissulaire reste une pratique courante. Cependant, après implantation, des déformations répétées peuvent entraîner un fluage macroscopique dû à la réorganisation du réseau de fibres. Cet effet n’est pas mis en évidence lors des essais de traction statiques. Les résultats de l’essai de traction indiquent qu’une déformation de 5 % se situe dans la zone élastique. Cependant, des expériences de récupération après fluage ont montré qu’une déformation résiduelle survient même à ces niveaux de déformation. Par conséquent, les expériences de récupération après fluage réalisées avec l’ NETZSCH DMA 303 Eplexor® fournissent des informations importantes sur le comportement mécanique des échafaudages à base de fibres sous charge dynamique.