Un matériau d’échafaudage unique est très prometteur dans le traitement des lésions de la moelle épinière

Un nouveau matériau unique développé à l’Université de Limerick en Irlande s’est révélé très prometteur dans le traitement des lésions de la moelle épinière.

Une toute nouvelle recherche menée à l’Institut Bernal de l’UL – publiée dans une revue mondiale de premier plan Recherche sur les biomatériaux – a réalisé des progrès passionnants dans le domaine de la réparation des tissus de la moelle épinière.

Selon les chercheurs, de nouveaux biomatériaux hybrides développés à l’UL sous forme de nanoparticules et s’appuyant sur les pratiques existantes dans le domaine de l’ingénierie tissulaire ont été synthétisés avec succès pour favoriser la réparation et la régénération après une lésion de la moelle épinière.

L’équipe UL dirigée par le professeur Maurice N Collins, professeur agrégé à l’École d’ingénierie de l’UL et l’auteure principale Aleksandra Serafin, candidate au doctorat 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 faire progresser le traitement des lésions de la moelle épinière.

La lésion médullaire reste l’une des blessures traumatiques les plus débilitantes qu’une personne puisse subir au cours de sa vie, affectant tous les aspects de la vie de la personne.

Le trouble débilitant entraîne une paralysie en dessous du niveau de blessure et, rien qu’aux États-Unis, les coûts annuels des soins de santé pour les soins aux patients blessés médullaires s’élèvent à 9,7 milliards de dollars. Comme il n’existe actuellement aucun traitement largement disponible, la recherche continue dans ce domaine est cruciale pour trouver un traitement permettant d’améliorer la qualité de vie du patient, le domaine de la recherche se tournant vers l’ingénierie tissulaire pour de nouvelles stratégies de traitement.

Le domaine de l’ingénierie tissulaire vise à résoudre le problème mondial de la pénurie d’organes et de tissus donnés, dans 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 N Collins, Professeur associé, School of Engineering à UL

L’équipe de recherche décrit un intérêt croissant pour l’utilisation d’échafaudages tissulaires électroconducteurs qui a émergé en raison de l’amélioration de la croissance et de la prolifération cellulaire lorsque les cellules sont exposées à un échafaudage conducteur.

“L’augmentation de la conductivité des biomatériaux pour développer de telles 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, qui est un polymère conducteur disponible dans le commerce qui a été utilisé à ce jour dans le domaine de l’ingénierie tissulaire “, a expliqué l’auteure principale Aleksandra Serafin, candidate au doctorat à Bernal et à la Faculté des sciences et de l’ingénierie de l’UL.

“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 d’être soluble dans l’eau, mais lorsque ce matériau est implanté dans le corps, il affiche une faible biocompatibilité.

“Cela signifie que lors de l’exposition à ce polymère, le corps a des réponses toxiques ou immunologiques potentielles, qui ne sont pas idéales dans un tissu déjà endommagé que nous essayons de régénérer. Cela limite considérablement les composants d’hydrogel qui peuvent être incorporés avec succès pour créer des échafaudages conducteurs, ” elle a ajouté.

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

Dans ce travail, des biomatériaux hybrides composés de gélatine et d’acide hyaluronique immunomodulateur, un matériau que le professeur Collins a développé pendant de nombreuses années à l’UL, ont été combinés avec les nouveaux NP PEDOT développés pour créer des échafaudages électroconducteurs biocompatibles pour la réparation ciblée des lésions de la moelle épinière.

Une étude complète de la structure, des propriétés et des relations fonctionnelles de ces échafaudages conçus avec précision pour des performances optimisées sur le site de la blessure a été réalisée, y compris une recherche in vivo avec des modèles de lésion de la moelle épinière de rat, qui a été entreprise par Mme Serafin lors d’un Fulbright échange de recherche avec le département de neurosciences de l’Université de Californie à San Diego, partenaire du projet.

“L’introduction des NP PEDOT dans le biomatériau a augmenté la conductivité des échantillons. De plus, les propriétés mécaniques des matériaux implantés devraient imiter le tissu d’intérêt dans les stratégies d’ingénierie tissulaire, les échafaudages PEDOT NP développés correspondant aux valeurs mécaniques de la colonne vertébrale native cordon », expliquent les chercheurs.

La réponse biologique aux échafaudages PEDOT NP développés a été étudiée avec des cellules souches in vitro et dans des modèles animaux de lésions de la moelle épinière in vivo. Une excellente fixation et croissance des cellules souches sur les échafaudages ont été observées, ont-ils rapporté.

Les tests ont montré une plus grande migration des cellules axonales vers le site de la lésion de la moelle épinière, dans lequel l’échafaudage PEDOT NP a été implanté, ainsi que des niveaux de cicatrisation et d’inflammation plus faibles que dans le 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, affirme l’équipe de recherche.

“L’impact d’une lésion de la moelle épinière sur la vie d’un patient n’est pas seulement physique, mais également psychologique, car il peut gravement affecter la santé mentale du patient, entraînant une incidence accrue de dépression, de stress ou d’anxiété”, a expliqué Mme Serafin.

« Le traitement des blessures à la colonne vertébrale permettra donc 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, le l’impact sociétal global de la fourniture d’un traitement efficace des lésions de la moelle épinière conduira à une réduction des coûts de soins de santé associés au traitement des patients.

“Ces résultats offrent des perspectives encourageantes pour les patients et de nouvelles recherches dans ce domaine sont prévues.

“Des études ont montré que le seuil d’excitabilité des motoneurones à l’extrémité distale d’une lésion de la moelle épinière a tendance à être plus élevé. Un futur projet améliorera encore la conception de l’échafaudage et créera des gradients de conductivité dans l’échafaudage, la conductivité augmentant vers l’extrémité distale de la lésion pour stimuler davantage les neurones à se régénérer », a-t-elle ajouté.

Ce projet a été financé par l’Irish Research Council en partenariat avec Johnson & Johnson ainsi que l’Irish Fulbright Association, ce qui a permis un échange de recherche avec l’Université de Californie à San Diego. La faculté des sciences et de l’ingénierie et l’Institut de recherche en santé de l’UL ont également apporté leur soutien.