Biomimétisme et santé : quand la nature inspire les médecins

La santé est un domaine bien plus proche du vivant et de la biologie que beaucoup d’autres. Le lien entre santé et biomimétisme est donc tout à fait naturel. Ainsi, Bioxegy vous propose un petit tour d’horizon de quelques exemples biomimétiques dans le secteur de la santé.



Biomimétisme et santé : limiter les douleurs et les lésions


Qui peut se vanter d’aimer les piqûres ? A priori personne. Pourtant, notre santé nous contraint tous à subir ce désagrément de temps à autre : vaccin, prise de sang, don de sang, perfusion, etc…

De simplement désagréable à purement insoutenable selon les gens, les aiguilles feraient sans doute moins peur si leur piqûre était indolore. Pour cela, des chercheurs de l’Université de l’Ohio se sont intéressés à un autre type de piqûre : celle des moustiques ! Comme vous le savez, les piqûres du moustique sont quasiment imperceptibles. S'en inspirer pour créer des seringues paraît donc évident. Pour “piquer sans piquer”, la trompe du moustique, appelée proboscis, est en fait un ensemble complexe de différents composants qui vibrent, scient, écartent et explorent les tissus pour pénétrer le vaisseau sanguin et récupérer le précieux liquide ! Ils utilisent ainsi 3 fois moins de force pour piquer que la plus fine des aiguilles actuellement utilisée par les professionnels de santé. Les chercheurs envisagent de transposer ce principe de “scie-sauteuse” dans des micro-seringues indolores pour le secteur médical.

© Gurera et al., 2018


Un autre animal qui ne manque pas de piquant est le bien nommé porc-épic. Tout comme le proboscis du moustique, ses épines dures pénètrent la peau bien plus facilement que ce que l’on pourrait attendre. Cela s’explique par des petites dents orientées vers l’arrière de l’épine, à la manière d’un harpon. Cette particularité réduit non seulement la force de piqûre de plus de 60%, mais elle empêche aussi l’épine de ressortir de la plaie. Quel usage est alors envisageable dans la santé ? Des chercheurs d’Harvard et du MIT ont reproduit la microstructure des épines du porc-épic sur un patch testé en laboratoire. Les applications dans le domaine de la santé sont nombreuses : pansements secs (sans colle, qui peut créer des inflammations), agrafes chirurgicales qui pénètrent moins profondément et donc endommagent moins les tissus, ou tout simplement réduire la force de piqûre des seringues et trocarts.


Vue au microscope électronique d’un bout d’épine de porc-épic. © Jeffrey Karp


Santé et matériel médical : et si la nature s’invitait à l'hôpital ?


Si le biomimétisme est indéniablement prometteur pour la santé au quotidien, notamment pour les pansements et piqûres comme vu précédemment, qu’en est-il à l’hôpital ? Là encore, la nature sait se montrer inspirante, parfois de manière inattendue.


Un exemple très connu du biomimétisme en dehors du domaine de la santé est celui de la peau des requins. Recouverte de minuscules denticules, elle canalise l’eau le long de leur corps et améliore ainsi leur hydrodynamisme.




Vue au microscope électronique de la

peau d’un requin. © Science Photo Library

Déjà utilisée dans l’aviation ou dans des maillots de bain, cette technologie est si efficace que la Fédération Internationale de Natation a banni ce type de maillots en 2009, après que 108 records du monde aient été battus l’année précédente ! Mais la performance n’est pas le seul avantage de ce revêtement. En effet, saviez-vous que la peau du requin était également antibactérienne ? Pour être exact, la peau du requin est faite pour préserver sa santé et ne pas laisser les corps étrangers adhérer dessus : algues, balanes, mais aussi bactéries et parasites. C’est ainsi que la société Sharklet a développé des équipements antibactériens inspirés de la peau du requin, notamment pour le domaine de la santé avec des cathéters, des sondes endotrachéales ou tout simplement des films antibactériens pour limiter la transmission d’infections par les surfaces.

Toujours à l’hôpital, diverses opérations peuvent avoir lieu et un certain nombre d’entre elles impliquent de refermer une plaie, notamment avec des sutures. Ces sutures peuvent se montrer invasives et parfois endommageantes pour les tissus, en particulier sur des organes internes. C’est pourquoi l’entreprise française Tissium a développé une colle biologique inspirée d’un ver marin, parfois appelé “ver à château de sable”. Ce ver peut créer des petits amas de sable à la forme caractéristique pour s’y cacher. Pour cela, il utilise des protéines qui servent de liant et permettent au sable de garder sa forme. En reproduisant une formulation similaire, Tissium a créé une colle biologique à usage médical qui polymérise en quelques secondes lorsqu’elle est exposée aux UV. Il suffit alors de déposer la colle et de “l’activer” une fois en place. Le résultat est une colle souple, résistante à l’humidité, biocompatible et biodégradable sans danger pour la santé du patient !


Tas de sable formé par un ver Phragmatopoma californica.

© kqedquest, iNaturalist


Biomimétisme et santé : quand on a la nature dans le sang


Les surprises que nous réservent les vers marins ne s’arrêtent d’ailleurs pas là ! En effet, le sang, et plus particulièrement l’hémoglobine, du ver arénicole possède des propriétés très intéressantes. Premièrement, l’hémoglobine du ver arénicole est adaptée pour survivre à de longues périodes sans oxygène, car les marées fonctionnent sur des cycles de 12h qui peuvent laisser le ver longtemps hors de l’eau. Ainsi, l’hémoglobine du ver est plus efficace que l’hémoglobine humaine pour la fixation de l’oxygène. Mais il y a mieux : contrairement à l’hémoglobine humaine contenue dans des cellules (les globules rouges), celle du ver est extracellulaire ! Cela facilite grandement son usage comme transporteur d’oxygène pour des applications médicales dans le domaine de la santé. Le laboratoire biopharmaceutique français Hemarina développe et commercialise actuellement ce “sang artificiel” pour mieux préserver les organes en attente de greffe ou pour essayer de satisfaire le besoin en sang, insuffisamment rempli par le don.


Enfin, la nature peut également améliorer la distribution de médicaments dans l’organisme. Depuis quelques années, la recherche et le développement autour des nanotechnologies a irrigué le secteur de la santé, notamment pour concevoir des nano-capsules de transport de médicament directement dans le sang, permettant des administrations ciblées dans le corps. Des chercheurs de plusieurs universités indiennes ont proposé en janvier 2021 de s’inspirer des frustules des diatomées pour servir de capsules. Les diatomées, déjà évoquées dans notre podcast, sont des algues unicellulaires microscopiques qui s’entourent d’une capsule de silice poreuse pour se protéger. D’après les chercheurs, ce type de capsule serait plus efficace que celles actuellement utilisées en termes de capacité de chargement et de flexibilité de la vitesse de libération des substances (en adaptant la taille des pores). Encore une innovation bio-inspirée pour le secteur de la santé !



Ainsi, il est clair que le biomimétisme se montre efficace dans pour améliorer de nombreux aspects dans la santé. Parmi les exemples déjà abordés sur notre site, le rat-taupe nu est bien connu pour inspirer la recherche contre le cancer, ou la méduse immortelle pour la recherche sur le vieillissement.