Donnons un sens à l'innovation

Programme transversal Biomécanique des systèmes biomimétiques et bioinspirés (BSB²)

Le bio­mimétisme est une approche qui con­siste à imiter la Nature dans des sys­tèmes fab­riqués par l’Homme. C’est une approche de plus en plus pop­u­laire dans la recherche et dans l’industrie pour son fort poten­tiel d’innovation.

Présentation


La richesse du bio­mimétisme réside dans la très grande diver­sité des espèces vivantes qui ont évolué, se sont adap­tées et opti­misées con­tin­uelle­ment depuis 3,8 mil­liards d’années. Il y a donc tou­jours une bonne idée à pren­dre dans la Nature. Le bio­mimétisme est aus­si un levi­er d’innovation durable car les êtres vivants ont dévelop­pé des struc­tures, des fonc­tions ou encore des straté­gies qui sont respectueuses de l’environnement et générale­ment peu con­som­ma­tri­ces d’énergie.

Quand on veut utilis­er l’approche bio­mimé­tique, on peut le faire à dif­férents degrés, en imitant :

  • la forme, c’est le 1er degré, c’est en général à des­ti­na­tion pure­ment esthétique ;
  • la forme avec la fonction/propriété/procédé, c’est le 2e degré, par exem­ple le vel­cro qui imite les graines de bar­dane capa­bles de s’accrocher aux tex­tiles et fourrures ;
  • la fonction/propriété/procédé, c’est le 3e degré, par exem­ple l’avion qui imite les ailes d’oiseaux en inté­grant seule­ment la pro­priété de portance ;
  • l’organisation et les rela­tions (au sein des sys­tèmes), c’est le 4e degré, par exem­ple avec des drones qui imi­tent des insectes soci­aux pour réalis­er des tâch­es communes.

Au lab­o­ra­toire BMBI, au tra­vers du pro­gramme trans­ver­sal BSB2 (Bio­mé­canique des Sys­tèmes Bio­mimé­tiques et Bioin­spirés), les trois équipes C2MUST, CBB et IFSB dévelop­pent des travaux de recherche exploitant le bio­mimétisme. Ces travaux s’intègrent au GDR nation­al BIOMIM auquel le lab­o­ra­toire est associé.

Réalisations


Voici quelques exem­ples de nos réalisations :

La fab­ri­ca­tion addi­tive patient-spé­ci­fique : pour pro­duire une pro­thèse à implanter à un patient qui souf­fre d’arthrose, l’imagerie médi­cale per­met la recon­struc­tion numérique qui va guider la fab­ri­ca­tion addi­tive per­son­nal­isée. Dans ce cas, il faut un implant bio­mimé­tique dont la mor­pholo­gie et les pro­priétés tri­bologiques soient sem­blables à celles du tis­su d’origine.

L’équipe CBB développe aus­si des équiv­a­lents de derme qui imi­tent les mélanomes métas­ta­tiques cutanés pour l’étude du microen­vi­ron­nement tumoral et de thérapies ciblées (médecine personnalisée).

Dans un pro­jet « défi » financé par le Labex MS2T, le lab­o­ra­toire recon­stru­it égale­ment un con­tin­u­um os/tendon/muscle. Grâce à l’approche bio­mimé­tique, la dif­féren­ci­a­tion cel­lu­laire est guidée (influ­ences de la struc­ture de la matrice et de stim­u­la­tions mécaniques/électriques). Le but est d’établir le lien entre le com­porte­ment biologique et la réponse mécanique mais aus­si de mimer l’altération des tis­sus par vieil­lisse­ment par exemple.

Le lab­o­ra­toire développe depuis quelques années un mod­èle com­plexe de foie sur puce pour mimer les événe­ments phys­i­ologiques qui inter­vi­en­nent au niveau du tis­su hépa­tique (tox­i­colo­gie et can­cérolo­gie). Cette tech­nolo­gie des organes sur puce sert aus­si à établir des sys­tèmes mul­ti-organes en con­nec­tant des puces hébergeant des cel­lules de tis­sus dif­férents (une puce foie et une puce poumon) pour obtenir des sys­tèmes bio­mimé­tiques qui per­me­t­tent d’étudier les inter­ac­tions entre organes, par exem­ple pour la tox­i­colo­gie prédictive.

L’équipe IFSB développe aus­si des puces à cel­lules qui imi­tent l’environnement phys­i­ologique prop­ice à la pro­duc­tion de pla­que­ttes san­guines à par­tir de mégacary­ocytes. Ici, la pro­duc­tion de pla­que­ttes se fait grâce à des struc­tures et des con­traintes bio­mé­caniques contrôlées.

L’écoulement des cel­lules san­guines dans les vais­seaux et les capil­laires est aus­si un sujet qui trou­ve des répons­es dans l’approche bio­mimé­tique : des cap­sules mod­èles ser­vent pour les car­ac­téri­sa­tions expéri­men­tales et égale­ment pour établir des mod­èles numériques utiles pour la com­préhen­sion phys­i­ologique et pour dévelop­per des sys­tèmes de micro­cap­sules à relargage con­trôlé per­me­t­tant la vec­tori­sa­tion de principes actifs.

L’équipe C2MUST développe des mod­èles bio­mimé­tiques de minéral­i­sa­tion pour con­cevoir du tis­su osseux ou du tis­su den­taire aux échelles nano, micro et cen­timétrique. La bio­m­inéral­i­sa­tion est con­trôlée par des réac­tions (bio)chimiques local­isées pour pro­duire des sub­sti­tuts aux pro­priétés mécaniques proches du mod­èle biologique.

Des mod­èles numériques bio­mimé­tiques du mus­cle fonc­tion­nel sont aus­si dévelop­pés au lab­o­ra­toire pour mieux com­pren­dre le vieil­lisse­ment du sys­tème neu­ro-mus­cu­lo squelet­tique. Ces mod­èles pour­ront servir à la préven­tion de chute chez les per­son­nes âgées ou trou­ver des appli­ca­tions en réha­bil­i­ta­tion fonctionnelle.

En con­clu­sion, toutes les équipes de BMBI se sont appro­priées l’approche bio­mimé­tique. Celle-ci s’applique dans beau­coup d’autres pro­jets en cours et à venir.