Vers la bio-impression 4D: Concevoir de hydrogels imprimables dotés d'un comportement métamorphe programmable et stimulable // Towards 4D Bioprinting: Encoding Stimuli-Triggered Shape-Morphing Behavior in Printable Hydrogels

En ingénierie tissulaire, l'un des défis majeurs est le développement de matériaux pour la bio-impression 4D, c'est-à-dire des matériaux qui non seulement sont imprimables et biocompatibles, mais qui sont également capable de changer de forme en réponse à des stimuli externes. Notre équipe a récemment conçu un hydrogel à base d'acide hyaluronique réticulé par des liaisons covalentes dynamiques, compatible avec l'impression par extrusion et prometteur en tant que support du développement cellulaire. L'objectif de cette thèse est de transformer cet hydrogel imprimable en 3D en un matériau stimulo-sensible et métamorphe pour la bio-impression 4D.
Pour y parvenir, nous nous concentrerons sur le contrôle précis du gonflement de l'hydrogel après impression. Notre approche combine deux stratégies complémentaires. Premièrement, nous grefferons des polymères thermosensibles sur les chaînes d'acide hyaluronique, rendant l'hydrogel sensible à la température. Au-dessus de la température de transition de phase du polymère, le gel se contractera, permettant un contrôle du gonflement après impression. Deuxièmement, nous incorporerons des microfibres biocompatibles dans l'hydrogel. Lors de l'impression par extrusion, ces fibres pourront être alignées, orientant le gonflement de manière anisotrope - principalement perpendiculairement à l'alignement des fibres. En imprimant des structures avec différentes orientations de fibres, nous créerons des domaines qui gonflent dans des directions variées, générant des contraintes mécaniques induisant des changements de forme.
La combinaison de ces approches devrait mener à un système d'hydrogels adapté à la bio-impression 4D. À titre de preuve de concept, nous concevrons des tissus vasculaires synthétiques destinés au renforcement ou au remplacement de vaisseaux endommagés. Des hydrogels chargés en cellules endothéliales seront imprimés selon des motifs capables d'adopter in situ la forme souhaitée après intégration dans l'organisme à 37 °C. Ce projet permettra non seulement de développer des matériaux innovants avec un potentiel de publication dans des revues à fort impact et de valorisation économique, mais aussi d'approfondir notre compréhension des relations structure-propriété dans ces hydrogels dynamiques et d'améliorer notre maîtrise de leur physico-chimie.
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In tissue engineering, a major challenge is the development of materials for 4D bioprinting, i.e. materials that not only serve as scaffolds for living cells and are printable but also dynamically change shape in response to external stimuli. Our team has recently engineered a hyaluronic acid-based hydrogel crosslinked via dynamic covalent bonds, which is compatible with extrusion printing and shows promise as a cellular scaffold. The goal of this PhD project is to transform this 3D-printable hydrogel into a stimuli-responsive, shape-morphing material for 4D bioprinting.
To achieve this, we will focus on precisely controlling the hydrogel's swelling behavior post-printing. Our approach combines two complementary strategies. First, we will graft thermoresponsive polymers onto the hyaluronic acid chains, rendering the hydrogel temperature-sensitive. Above the polymer's phase transition temperature, the gel will deswell, enabling controlled swelling after printing. Second, we will incorporate biocompatible microfibers into the hydrogel. During extrusion printing, these fibers can be aligned, directing the swelling anisotropically - primarily perpendicular to the fiber alignment. By printing constructs with varying fiber orientations, we can create domains that swell in different directions, generating mechanical stresses that induce shape changes.
By combining these approaches, we aim to develop advanced hydrogel systems for 4D bioprinting. As a proof of concept, we will design synthetic vascular tissues for the reinforcement or replacement of damaged vessels. Endothelial cell-laden hydrogels will be printed into designs that can adopt the targeted shape in situ upon integration into the body at 37°C. This project will not only yield cutting-edge materials with potential for high-impact publications and economic valorization but also advance our understanding of structure-property relationships in dynamic hydrogels and enhance our control over their physical chemistry.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral

Concours pour contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

218 CSV- Chimie et Sciences du Vivant

Le.a candidat.e devra être titulaire d'un diplôme de Master en chimie et/ou physico-chimie des polymères et avoir une appétence pour les projets pluridisciplinaires à l'interface entre chimie, science des matériaux et biologie. Un intérêt pour le domaine des biomatériaux sera un avantage.
The candidate must hold a Master's degree in Polymer Chemistry and/or Polymer Physical Chemistry and have an interest in multidisciplinary projects at the interface of chemistry, materials science, and biology. An interest in the field of biomaterials will be considered an advantage.