Les chercheurs de Duke aident à développer un biomatériau qui améliore la cicatrisation de la peau

DURHAM– Des chercheurs de l'Université Duke et de l'Université de Californie à Los Angeles ont développé un biomatériau qui réduit considérablement la formation de cicatrices après une blessure, conduisant ainsi à une cicatrisation cutanée plus efficace. Ce nouveau matériau, qui se dégrade rapidement une fois la plaie refermée, démontre que l’activation d’une réponse immunitaire adaptative peut déclencher une cicatrisation régénérative, laissant derrière elle une peau cicatrisée plus forte et plus saine.

Ce travail s'appuie sur les recherches antérieures de l'équipe sur les échafaudages d'hydrogel, qui créent une structure pour soutenir la croissance des tissus, accélérant ainsi la cicatrisation des plaies. Dans leur nouvelle étude, l'équipe a montré qu'une version modifiée de cet hydrogel active une réponse immunitaire régénérative, qui peut potentiellement aider à guérir les blessures cutanées telles que les brûlures, les coupures, les ulcères diabétiques et autres plaies qui guérissent normalement avec des cicatrices importantes qui sont plus susceptibles de se blesser à nouveau. .

Cette recherche apparaît en ligne le 9 novembre 2020 dans la revue Nature Materials.

"Le corps forme du tissu cicatriciel aussi rapidement que possible pour réduire le risque d'infection, réduire la douleur et, dans les plaies plus importantes, éviter la perte d'eau par évaporation", a déclaré Maani Archang, premier auteur de l'article et docteur en médecine/doctorat. étudiant dans les laboratoires Scumpia et Di Carlo à l'UCLA. "C'est un processus naturel de cicatrisation des plaies."

Les hydrogels cicatrisants actuels disponibles pour un usage clinique se trouvent à la surface de la plaie, où ils agissent comme un pansement et aident à empêcher la plaie de se dessécher. Cela aide à son tour la plaie à guérir plus rapidement, généralement via la formation de cicatrices.

Dans leur article de 2015 sur Nature Materials, l'équipe de recherche, dirigée par Tatiana Segura de Duke et Dino Di Carlo de UCLA, a développé des hydrogels de particules recuites microporeuses (MAP), qui sont un biomatériau à base de microparticules qui peut s'intégrer dans la plaie plutôt que de reposer sur la peau. surface. Les billes du gel MAP se lient entre elles mais laissent des espaces ouverts, créant une structure poreuse qui fournit un support aux cellules à mesure qu'elles se développent sur le site de la plaie. Au fur et à mesure que la plaie se referme, le gel se dissout lentement, laissant derrière lui une peau cicatrisée.

Bien que les hydrogels MAP aient permis une croissance cellulaire et une réparation plus rapides, l’équipe a remarqué que la peau cicatrisée présentait des structures complexes limitées comme les follicules pileux et les glandes sébacées. L’équipe était curieuse de savoir si elle pouvait modifier son biomatériau pour améliorer la qualité de la peau cicatrisée.

"Auparavant, nous avions constaté qu'à mesure que la plaie commençait à cicatriser, le gel MAP commençait à perdre de sa porosité, ce qui limitait la croissance du tissu à travers la structure", explique Don Griffin, professeur adjoint à l'Université de Virginie. auteur de l'article et ancien chercheur postdoctoral au Segura Lab. "Nous avons émis l'hypothèse que ralentir le taux de dégradation de l'échafaudage MAP empêcherait les pores de se fermer et fournirait un soutien supplémentaire au tissu à mesure qu'il se développe, ce qui améliorerait la qualité du tissu."

Plutôt que de créer un gel entièrement nouveau avec de nouveaux matériaux, l’équipe s’est plutôt concentrée sur le lieur chimique qui permettait à l’échafaudage d’être naturellement décomposé par le corps. Dans leurs gels MAP originaux, ce lieur chimique est composé d'une séquence d'acides aminés extraite des propres protéines structurelles du corps et disposée selon une orientation chimique appelée chiralité L. Étant donné que cette séquence et cette orientation peptidiques sont communes dans tout le corps, cela aide le gel à éviter de déclencher une forte réponse immunitaire, mais cela permet également une dégradation facile grâce aux enzymes naturellement présentes.

"Notre corps a évolué pour reconnaître et dégrader cette structure d'acides aminés, nous avons donc émis l'hypothèse que si nous retournions la structure vers son image miroir, qui est la chiralité D, le corps aurait plus de mal à dégrader la structure", a déclaré Segura, professeur. de génie biomédical à Duke. "Mais lorsque nous avons mis l'hydrogel dans une plaie de souris, le gel mis à jour a fini par faire exactement le contraire."

Le matériau mis à jour s'est intégré à la plaie et a soutenu les tissus lors de la fermeture de la plaie. Mais au lieu de durer plus longtemps, l’équipe a découvert que le nouveau gel avait presque entièrement disparu de la plaie, ne laissant derrière lui que quelques particules.

Cependant, la peau cicatrisée s’est avérée plus solide et comprenait des structures cutanées complexes qui sont généralement absentes des cicatrices. Après une enquête plus approfondie, les chercheurs ont découvert que la raison de la guérison plus forte – malgré le manque de longévité – était une réponse immunitaire différente au gel.

Après une lésion cutanée, la réponse immunitaire innée du corps est immédiatement activée pour garantir que toutes les substances étrangères qui pénètrent dans le corps sont rapidement détruites. Si les substances peuvent échapper à cette première réponse immunitaire, la réponse immunitaire adaptative du corps entre en jeu, qui identifie et cible la matière envahissante avec plus de spécificité.

Étant donné que le gel MAP original était fabriqué avec la structure commune du peptide L, il a généré une légère réponse immunitaire innée. Mais lorsque l’équipe a placé le gel reformulé dans une plaie, la chiralité D étrangère a activé le système immunitaire adaptatif, qui a créé des anticorps et activé des cellules, notamment des macrophages, qui ont ciblé et éliminé le gel plus rapidement après la fermeture de la plaie.

"Il existe deux types de réponses immunitaires qui peuvent survenir après une blessure : une réponse destructrice et une réponse régénératrice plus légère", a déclaré Scumpia, professeur adjoint à la division de dermatologie de l'UCLA Health et du West Los Angeles VA Medical Center. « Lorsque la plupart des biomatériaux sont placés dans le corps, ils sont isolés par le système immunitaire et finissent par être dégradés ou détruits. Mais dans cette étude, la réponse immunitaire au gel a induit une réponse régénérative dans les tissus cicatrisés.

"Cette étude nous montre que l'activation du système immunitaire peut être utilisée pour faire pencher la balance de la cicatrisation des plaies, de la destruction des tissus et de la formation de cicatrices à la réparation des tissus et à la régénération de la peau", a déclaré Segura.

En collaboration avec Maksim Plikus, un expert en tissus régénératifs à l'Université de Californie à Irvine, l'équipe a également confirmé que des structures clés, comme les follicules pileux et les glandes sébacées, se formaient correctement sur l'échafaudage. Lorsque l’équipe a étudié le mécanisme, elle a découvert que les cellules du système immunitaire adaptatif sont nécessaires à cette réponse régénératrice.

Alors que l’équipe continue d’étudier la réponse immunitaire régénérative à leur gel, elle explore également la possibilité d’utiliser le nouvel hydrogel MAP comme plateforme immunomodulatrice. "L'équipe explore actuellement la meilleure façon de libérer les signaux immunitaires du gel pour induire une régénération cutanée ou développer l'hydrogel comme plate-forme vaccinale", a déclaré Scumpia.

"Je suis enthousiasmé par la possibilité de concevoir des matériaux capables d'interagir directement avec le système immunitaire pour soutenir la régénération des tissus", a déclaré Segura. "C'est une nouvelle approche pour nous."

Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (F32EB018713-01A1, T32-GM008042, U01AR073159), la National Science Foundation (DMS1763272), les subventions de la Fondation Simons (594598, QN, R01NS094599, R01HL110592, R03AR073940, K08AR066. 545), le Pew Charitable Trust et la Fondation LEO.

Donald Griffin, Westbrook Weaver, Dino Di Carlo, Tatiana Segura et Philip Scumpia ont un intérêt financier dans Tempo Therapeutics, qui vise à commercialiser la technologie MAP.

CITATION : « L'activation d'une réponse immunitaire adaptative à partir d'un échafaudage d'hydrogel confère une cicatrisation régénérative des plaies », Donald Griffin, Maani Archang, Chen Kuan, Westbrook Weaver, Jason Weinstein, An Chieh Feng, Amber Ruccia, Elias Sideris, Vasileios Ragkousis, Jaekyung Koh, Maksim Plikus, Dino Di Carlo, Tatiana Segura, Philip Scumpia. Matériaux naturels, 2020. 10.1038/s41563-020-00844-w

(C) Université Duke

Source originale de l’article : WRAL TechWire