En exploitant la puissance de la photochimie et des peptides imitant le collagène, une équipe de recherche de l’Université d’Ottawa a conçu un matériau adaptable qui pourrait révolutionner la réparation des tissus mous, que ce soit pour refermer une incision chirurgicale ou sceller une plaie traumatique.
Dans une nouvelle étude fascinante publiée dans Advanced Functional Materials, l’équipe présente le travail collaboratif qui lui a permis d’élaborer une nouvelle stratégie de conception d’hydrogels biomimétiques, entièrement à base de peptides, qui allient résistance, adaptabilité et compatibilité biologique. Contrairement à de nombreux biomatériaux existants utilisés comme adhésifs pour les tissus mous, il ne contient aucun polymère synthétique susceptible de déclencher des réactions immunitaires indésirables.
« Ces récents travaux constituent un bond en avant dans le domaine des matériaux biomimétiques destinés à la réparation des tissus et des organes. »
Dr Emilio I. Alarcón
Selon Emilio Alarcón, professeur à la Faculté de médecine de l’Université d’Ottawa et chercheur à l’Institut de cardiologie de l’Université d’Ottawa, l’approche est simple et donc particulièrement attrayante pour de futures applications biomédicales.
« Ces récents travaux constituent un bond en avant dans le domaine des matériaux biomimétiques destinés à la réparation des tissus et des organes. Mais le plus important est que nous avons mis au point un matériau autonome à base de peptides qui facilite l’adhésion des tissus », insiste-t-il.
Des matériaux conçus en laboratoire qui imitent la nature
Le professeur Alarcón précise que, grâce à cette étude de l’Université d’Ottawa, des chercheuses et chercheurs du monde entier pourront maintenant explorer l’emploi de matériaux entièrement composés de peptides, matériaux qui formeront « la prochaine génération de solutions régénératrices ». Les peptides sont de courtes chaînes d’acides aminés qui servent de « blocs » pour la construction des protéines.
Le professeur est un innovateur reconnu en conception de matériaux et de dispositifs biomédicaux. Ces dernières années, le laboratoire collaboratif riche en talents qu’il dirige à l’Institut de cardiologie de l’Université d’Ottawa est devenu un chef de file du développement et de la caractérisation de nanomatériaux biomimétiques hybrides et d’autres nouvelles technologies.
La plus récente avancée sortie du laboratoire : des peptides soigneusement conçus pour imiter la structure en triple hélice du collagène naturel, mais qui sont tout de même produits par voie synthétique, permettant un contrôle précis de leur composition, de leur durabilité et de leur innocuité.
Le pouvoir de la lumière
Selon le professeur Alarcón, qui enseigne au Département de biochimie, microbiologie et immunologie de la Faculté, c’est la manière dont ces peptides s’assemblent et s’accrochent les uns aux autres qui les rend aussi révolutionnaires. Une fois dissous dans une solution tampon, les peptides s’organisent spontanément en structures qui constituent la base de l’hydrogel.
Ensuite, pour renforcer davantage le matériau, les scientifiques ont recours à la photochimie. Certains groupes chimiques particuliers, lorsqu’ils sont exposés à la lumière, forment rapidement des connexions stables, transformant ainsi le matériau en un gel flexible et durable utilisé pour la réparation des tissus mous.
Une fois activé par la lumière, l’hydrogel à base de peptides alors créé est entièrement adaptable, une caractéristique incontournable en cette ère naissante de la médecine personnalisée. Les scientifiques peuvent effectuer divers ajustements, par exemple en augmentant les concentrations de peptides ou en modifiant les jonctions moléculaires, ce qui permet un contrôle précis des propriétés du matériau.
Une résistance modulable et des applications biomédicales
Fait notable, les hydrogels à base de peptides mis au point par l’équipe ont une force d’adhésion comparable à celle des adhésifs tissulaires disponibles sur le marché, comme le LiquiBand. Cela signifie que le matériau peut refermer efficacement les plaies et maintenir la cohésion des tissus en conditions réelles.
« Comme notre matériau est composé de peptides qui imitent le collagène, le corps arrive à le décomposer à l’aide des mêmes enzymes qu’il utilise pour remodeler les tissus naturels. »
Daniel Nguyen
— Membre du laboratoire du Dr Alarcón et l'un des deux auteurs principaux de l'étude
Les tests en laboratoire ont prouvé que le matériau n’est pas nocif pour les cellules et qu’il est biodégradable; il finit donc par se décomposer en toute sécurité dans l’organisme.
Alex Ross, candidat au doctorat et l’un des deux auteurs principaux de l’étude publiée récemment, affirme que cette biocompatibilité est essentielle pour tout matériau qui pénètre dans le corps ou interagit avec l’organisme.
« Si le matériau est biodégradable, explique-t-il, on n’a pas besoin de le retirer plus tard, contrairement à des points de suture par exemple. Il est également plus sûr, car le risque de toxicité est moindre lorsque le corps peut se débarrasser des éléments étrangers. »
Daniel Nguyen, l’autre auteur principal de l’article, ajoute : « Tout ce qui est inséré dans le corps doit être aussi peu envahissant que possible, ne pas nuire aux cellules et ne pas rester dans l’organisme pour toujours, car les matériaux qui ne s’éliminent pas ou qui irritent les tissus peuvent ralentir la guérison ou entraîner des complications. Comme notre matériau est composé de peptides qui imitent le collagène, le corps arrive à le décomposer à l’aide des mêmes enzymes qu’il utilise pour remodeler les tissus naturels. »
Alex Ross et Daniel Nguyen sont tous deux membres du laboratoire BioEngineering and Therapeutic Solutions (BEaTS), dirigé par les professeurs Erik J. Suuronen et Emilio Alarcón. Le Dr Marc Ruel, chirurgien cardiaque de renommée mondiale, y travaille également.
