Le matériau d’échafaudage unique montre des résultats prometteurs dans le traitement des lésions de la moelle épinière

Un nouveau matériau unique développé à l’Université de Limerick en Irlande a montré des résultats prometteurs dans le traitement des lésions de la moelle épinière.

Une toute nouvelle recherche menée au Bernal Institute de l’Université de Londres – publiée dans une revue internationale de premier plan Recherche sur les biomatériaux Il a fait des progrès passionnants dans le domaine de la réparation des tissus de la moelle épinière.

Développés à l’UL sous forme de nanoparticules et basés sur les pratiques actuelles dans le domaine de l’ingénierie tissulaire, de nouveaux biomatériaux hybrides ont été démontrés avec succès pour favoriser la réparation et la régénération après une lésion de la moelle épinière, selon les chercheurs.

L’équipe UL dirigée par le professeur Maurice N. Collins, professeur associé à l’UL College of Engineering et l’auteure principale Alexandra Serafin, doctorante à l’UL, a utilisé un nouveau type de matériau d’échafaudage et un nouveau composite polymère électriquement conducteur unique pour favoriser la croissance de nouveaux tissus et génération qui pourraient améliorer le traitement des lésions de la moelle épinière.

Les lésions de la moelle épinière demeurent l’une des blessures les plus douloureuses qu’une personne puisse subir au cours de sa vie, et elles affectent tous les aspects de la vie d’une personne.

Le trouble débilitant entraîne une paralysie en dessous du niveau de la blessure et, rien qu’aux États-Unis, les coûts annuels des soins de santé pour les patients atteints de LM s’élèvent à 9,7 milliards de dollars. Parce qu’il n’y a pas de traitement actuellement largement disponible, la poursuite des recherches dans ce domaine est essentielle pour trouver un traitement pour améliorer la qualité de vie d’un patient, le domaine de la recherche s’orientant vers l’ingénierie tissulaire pour de nouvelles stratégies de traitement.

Le domaine de l’ingénierie tissulaire vise à résoudre le problème mondial de pénurie d’organes et de tissus donnés, pour lequel une nouvelle tendance a émergé sous la forme de biomatériaux conducteurs. Les cellules du corps sont affectées par la stimulation électrique, en particulier les cellules de nature conductrice telles que les cellules cardiaques ou nerveuses.

Professeur Maurice Collins, professeur associé, UL School of Engineering

L’équipe de recherche décrit un intérêt croissant pour l’utilisation d’échafaudages de tissus électriquement conducteurs qui a émergé en raison de la croissance et de la prolifération cellulaires accrues lorsque les cellules sont exposées à un échafaudage conducteur.

« L’augmentation de la conductivité des biomatériaux pour développer ces stratégies de traitement se concentre généralement sur l’ajout de composants conducteurs tels que des nanotubes de carbone ou des polymères conducteurs tels que PEDOT:PSS, un polymère conducteur disponible dans le commerce qui a jusqu’à présent été utilisé dans le domaine de l’ingénierie tissulaire, » a expliqué l’auteure principale Alexandra Serafin, doctorante à Bernal et au College of Science and Engineering de l’Université de Londres.

« Malheureusement, de graves limitations persistent lors de l’utilisation du polymère PEDOT:PSS dans des applications biomédicales. Le polymère s’appuie sur le composant PSS pour lui permettre de se dissoudre dans l’eau, mais lorsque ce matériau est implanté dans le corps, il présente une faible biocompatibilité.

« Cela signifie que lorsqu’il est exposé à ce polymère, le corps a des réponses potentiellement toxiques ou immunitaires, qui ne sont pas optimales dans les tissus déjà endommagés que nous essayons de régénérer. Cela limite considérablement les composants d’hydrogel qui peuvent être combinés avec succès pour créer des échafaudages conducteurs,  » elle a ajouté.

Les nouvelles nanoparticules PEDOT (NP) de l’étude ont été développées pour surmonter cette limitation. La synthèse des NP PEDOT conducteurs permet une modification personnalisée de la surface des NP pour obtenir la réponse cellulaire souhaitée et augmenter la variabilité dans laquelle les composants d’hydrogel peuvent être incorporés, sans la présence requise de PSS soluble dans l’eau.

Dans ce travail, un biomatériau hybride composé de gélatine et d’acide hyaluronique immunomodifié, un matériau développé par le professeur Collins pendant de nombreuses années à l’UL, a été combiné avec de nouveaux NP PEDOT développés pour créer des échafaudages électriques biocompatibles pour la réparation ciblée des lésions de la moelle épinière.

Une étude complète des relations structurelles, des propriétés et des fonctions de ces échafaudages rigoureusement conçus pour des performances optimales sur le site de la blessure, y compris des recherches in vivo avec des modèles de lésions de la moelle épinière chez le rat, a été menée par Mme Seraphine dans le cadre du programme Fulbright. Mon échange de recherche avec le département de neurosciences de l’UCSD, qui était partenaire du projet.

« L’introduction de PEDOT NP dans le biomatériau a augmenté la conductivité des échantillons. De plus, les propriétés mécaniques des matériaux d’implant devraient imiter les tissus importants dans les stratégies d’ingénierie tissulaire, avec des échafaudages PEDOT NP développés qui correspondent aux valeurs mécaniques du cordon dorsal d’origine », expliquent les chercheurs.

La réponse biologique des échafaudages PEDOT NP développés avec des cellules souches a été étudiée in vitro et dans des modèles animaux de lésions de la moelle épinière in vivo. Ils ont rapporté qu’une excellente fixation et croissance des cellules souches sur les échafaudages a été observée.

Le test a montré une plus grande migration des cellules axonales vers le site de la lésion de la moelle épinière, où l’échafaudage PEDOT NP a été implanté, ainsi que des niveaux inférieurs de cicatrisation et d’inflammation par rapport au modèle de blessure sans échafaudage, selon l’étude.

Dans l’ensemble, ces résultats montrent le potentiel de ces matériaux pour la réparation de la moelle épinière, selon l’équipe de recherche.

« L’impact d’une lésion médullaire sur la vie d’un patient n’est pas seulement physique mais aussi psychologique, car il peut gravement affecter la santé mentale d’un patient, entraînant une augmentation des états de dépression, de stress ou d’anxiété », a expliqué Mme Seraphine.

« Ainsi, le traitement des blessures à la colonne vertébrale permettra non seulement au patient de marcher ou de bouger à nouveau, mais lui permettra de vivre sa vie à son plein potentiel, ce qui rend des projets comme celui-ci si vitaux pour la recherche et les communautés médicales. De plus, l’ensemble impact sociétal en fournissant Un traitement efficace des lésions de la moelle épinière entraîne une réduction des coûts de santé associés au traitement des patients.

« Ces résultats offrent des perspectives encourageantes pour les patients et d’autres recherches sont prévues dans ce domaine.

« Des études ont montré que le seuil d’excitation des motoneurones à l’extrémité distale d’une lésion de la moelle épinière a tendance à être plus élevé. Un futur projet améliorera la conception de l’échafaudage et créera des gradients conducteurs dans l’échafaudage, avec une conductivité accrue vers l’extrémité distale de la lésion pour stimuler les neurones à se régénérer.

Ce projet a été financé par l’Irish Research Council en partenariat avec Johnson & Johnson ainsi que l’Irish Fulbright Society, ce qui a permis un échange de recherche avec l’Université de Californie à San Diego. Un soutien a également été fourni par le Collège des sciences et de l’ingénierie de l’UL et l’Institut de recherche en santé.