Mecanique 4D d'hydrogels d'ADN dynamiques – MIND

La structure et les dynamiques microscopiques jouent un rôle central et mal compris dans le comportement mécanique macroscopique des matériaux mous. Les tissus biologiques sont un formidable exemple de cette optimisation temporelle et structurale. Ces matériaux combinent des propriétés de ténacité, de flexibilité et d’autoréparation uniques parmi les matériaux mous, bien qu’ils ne soient constitués que de réseaux supramoléculaires gonflés d’eau. Leurs performances exceptionnelles proviennent d’une orchestration subtile entre l’architecture des réseaux qui les compose et leurs mécanismes de réorganisations. Par exemple, la matrice extracellulaire qui soutient les cellules et contrôle leur développement présente à la fois de la rigidification et une accélération de la relaxation sous contrainte. Il est établi que la rigidification sous contrainte provient de la structure (semiflexible) du réseau, cependant les mécanismes moléculaires de relaxation restent mal connus. Il est particulièrement difficile d’extraire des relations structurelles propriétés claires à partir d’échantillons biologiques du fait de la complexité et de leurs compositions et parce qu’ils sont intrinsèquement hors équilibre. Les systèmes synthétiques autoassemblés offrent une alternative prometteuse pour explorer les relations entre structure et dynamique au sein de matériaux modèles.
Notre compréhension de la mécanique des matériaux mous dépend de notre capacité à contrôler les paramètres structuraux et dynamiques dans ces systèmes. Contrairement aux tissus biologiques qui croissent et se transforment sans perdre leur intégrité structurelle, les hydrogels synthétiques forment soit des réseaux dynamiques (supramoléculaires) soit des matériaux résilients (covalent). Cela limite grandement notre capacité à concevoir des matériaux biomimétiques. Les hydrogels ont néanmoins de nombreuses applications en interactions avec les organismes vivants, par exemple comme milieu de culture cellulaire. Nous savons que la mécanique de ces matériaux joue un rôle clé dans le développement des cellules. Nous ignorons cependant le rôle de nombreux processus dynamiques et non linéaires en raison de la difficulté à contrôler et à étudier ces phénomènes. En effet, au-delà du domaine linéaire, les inhomogénéités de contraintes ainsi que les processus de réorganisation complexes empêchent l’interprétation des données de rhéologie macroscopique. Le défi est donc double. D’un côté, nous manquons de concepts moléculaires pour contrôler indépendamment l’architecture et la réorganisation des matériaux synthétiques. De l’autre côté, nous avons besoin d’outils pour observer la distribution de contrainte en 3D à l’échelle microscopique afin d’étudier ces matériaux.
MIND s’appuie sur l’autoassemblage ADN pour répondre à ces deux défis. Premièrement, nous allons concevoir et caractériser une nouvelle sorte d’hydrogel qui se réorganise sans perdre son intégrité structurelle. Deuxièmement, nous allons développer des outils pour cartographier les inhomogénéités de contraintes qui apparaissent durant la rupture de ces hydrogels. Par cette approche, MIND met en place une plateforme polyvalente pour concevoir des hydrogels modèles à base d’ADN et explorer leurs comportements mécaniques d’un point de vue moléculaire.