ADN conditionné : des chercheurs de MLU développent de nouveaux mets

L’ADN peut aider à stimuler la cicatrisation osseuse de manière localisée et ciblée, par exemple après une fracture compliquée ou après une perte tissulaire sévère suite à une intervention chirurgicale. Cela a été démontré par des chercheurs de l’Université Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU), de l’Université de Leipzig, de l’Université d’Aveiro (Portugal) et de l’Institut Fraunhofer pour la microstructure des matériaux et des systèmes IMWS à Halle. Ils ont mis au point un nouveau procédé dans lequel ils recouvrent les matériaux d’implant d’un biomatériau activé par un gène qui incite les cellules souches à produire du tissu osseux. Leurs découvertes ont été publiées dans la célèbre revue Matériaux de soins de santé avancés.

Les os sont un exemple fascinant de la capacité du corps à se régénérer. Ils sont capables de retrouver une fonctionnalité complète – même après une fracture – grâce à leur capacité à former de nouveaux tissus résilients au site de la fracture. “Cependant, lorsqu’il s’agit de fractures compliquées ou de pertes tissulaires majeures, même le pouvoir d’auto-guérison d’un os est insuffisant”, explique le professeur Thomas Groth, chef du groupe de recherche sur les matériaux biomédicaux à l’Institut de pharmacie de MLU. “Dans de tels cas, des implants sont nécessaires pour stabiliser l’os, remplacer des parties d’articulations ou combler des défauts plus importants avec des matériaux dégradables.” Le succès de tels implants dépend en grande partie de la qualité de leur incorporation dans l’os. Des efforts accrus ont été déployés ces dernières années pour soutenir ce processus en recouvrant les implants de matériaux bioactifs pour activer les cellules osseuses et les cellules souches mésenchymateuses.

Les cellules souches mésenchymateuses sont capables de générer différents types de tissus, mais leur activation pour régénérer spécifiquement l’os peut être particulièrement difficile. Dans de tels cas, une matrice extracellulaire joue un rôle crucial. “Le tissu entre les cellules osseuses est composé de collagènes et de sulfate de chondroïtine, entre autres”, explique Groth. “Il peut être reproduit artificiellement et appliqué à la surface des implants pour les rendre bioactifs.” Cela garantit que les implants sont mieux incorporés et sont moins susceptibles d’être rejetés par l’organisme. Des médicaments et des activateurs peuvent également être ajoutés à la matrice extracellulaire artificielle pour stimuler la croissance osseuse. L’un de ces activateurs est la protéine BMP-2, qui est déjà utilisée dans les fusions vertébrales ou pour traiter les fractures compliquées qui ne guérissent pas. Cependant, des études ont montré que la forte dose de BMP-2 nécessaire peut entraîner une formation incontrôlée de tissu osseux dans le muscle environnant ainsi que d’autres effets secondaires indésirables.

Les chercheurs de Halle, Leipzig et Aveiro proposent donc une procédure qui stimule les cellules souches de manière plus ciblée et provoque nettement moins d’effets secondaires. Ils se concentrent notamment sur l’amélioration de la conception de la matrice extracellulaire. Ils utilisent une technologie spéciale couche par couche pour appliquer le biomatériau à l’implant. Cela leur permet de contrôler sa composition, sa structure et ses propriétés au niveau nano. “C’est un processus sophistiqué que nous avons perfectionné chez MLU en collaboration avec Fraunhofer IMWS”, explique Thomas Groth.

Cette conception au niveau nano est nécessaire pour fonctionnaliser le biomatériau ; ici, ils s’appuient sur l’expertise du collègue Dr Christian Wölk de Leipzig. Au lieu d’incorporer de grandes quantités de BMP-2 directement dans le biofilm et de risquer une libération incontrôlée, il emballe des fragments d’ADN dans des nanoparticules lipidiques qui agissent comme des conteneurs de transport. Ce n’est qu’après l’insertion de l’implant que l’ADN migre dans les cellules du tissu osseux et les stimule pour produire la BMP-2. Ceci, à son tour, active les cellules souches formant les os.

“Imiter la matrice extracellulaire en tant que revêtement de surface en couche mince et la fonctionnaliser avec des nanoparticules est une étape importante dans la recherche sur les matériaux pharmaceutiques”, explique Thomas Groth. “L’ADN peut être libéré de manière ciblée et limite la stimulation de la croissance tissulaire en fonction du temps et de l’emplacement, sans provoquer d’effets secondaires indésirables.” Selon Groth, la méthode est également fondamentalement adaptée au transport de l’ARNm et élargit ainsi les possibilités de la médecine régénérative – non seulement dans le domaine de la formation osseuse, mais également pour d’autres applications thérapeutiques.

Étude: Husteden C., Barrera YAB, Tegtmeyer S., Borges J., Giselbrecht J., Menzel M., Langner A., ​​Mano JF, Schmelzer CEH, Wölk C., Groth T. Lipoplex-Functionalized Thin-Film Surface Coating Based on Composants de la matrice extracellulaire en tant que système local de délivrance de gènes pour contrôler la différenciation des cellules souches ostéogéniques. est ce que je: 10.1002/adhm.202201978

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