Elaboration de matériaux biopolymères nanofibreux pour l'ingénierie tissulaire

Nous élaborons et caractérisons des nanomatériaux obtenus par un procédé d'electrospinning pour différentes applications relevant de l'ingénierie tissulaire.

Structure nanofibreuse en nid d'abeille de polymère biocompatible et biorésorbable. 

Objectifs

Cet axe de recherche a pour objectif d'élaborer des matériaux à base de biopolymères, biocompatibles et potentiellement biorésorbables, présentant des propriétés mécaniques contrôlées. Ces structures peuvent être fonctionnalisées en surface pour leur conférer de nouvelles propriétés d'usage. Les applications visées sont le développement d'implants de croissance cellulaire, de suspensions injectables pour le traitement de l'arthrose du genou, de matériaux antibactériens.

Résultats

• Implants hyper-élastiques biomimétiques pour la reconstruction de tissus mous     (collaboration avec l'IBMM, TIMC)

Ces implants doivent combiner à la fois un caractère biodégradable et biomimétique, permettant sa colonisation par le tissu hôte tout en évitant l'intervention chirurgicale de retrait de l'implant. Des structures fibreuses ont été développées, combinant des propriétés mécaniques (hyperélasticité et anisotropie) les plus proches des tissus ciblés et permettant le déplacement des cellules.

De nouveaux polymères ont été synthétisés, présentant des vitesses de dégradation et des propriétés mécaniques modulables par leurs structures différentes (chaine linéaire ou en étoile) et pouvant porter des groupes sensibles aux UV. Ils ont été mis en forme par electrospinning en créant des réseaux de nanofibres à architecture contrôlée. Ces membranes structurées ont été ensemencées par des cellules humaines de type fibroblastes afin de caractériser l'affinité des structures avec les cellules et leur potentiel de régénération. Enfin, les propriétés mécaniques de ces implants ont été caractérisées, tant expérimentalement que par simulation numérique ainsi que les mécanismes de colonisation cellulaire.

 

• Suspensions injectables de composites nanofibres de chitosan/chondrocyte pour le traitement de l'arthrose du genou   (collaboration avec le CHU Grenoble Alpes)

L'arthrose se caractérise par une destruction du cartilage conduisant à l'inflammation de la membrane qui tapisse l’intérieur de l’articulation. Notre stratégie consiste à développer des structures fibreuses de chitosane, biocompatibles avec les tissus natifs, ensemencées de chondrocytes, cellules constitutives du cartilage et mises sous forme de suspensions injectables.  

La viabilité, l'adhésion et la prolifération cellulaire ont été étudiées et comparées en fonction de la morphologie du substrat et de la neutralisation du chitosane. Nos études ont montré que les cellules se développent mieux sur les fibres que sur les films. Un taux de survie des chondrocytes supérieur à 80% a été observé sur tous les types de supports de chitosane. Cependant, la viabilité et la prolifération cellulaire est favorisée dans le cas d'une adhésion sur des fibres de faible diamètre.

 

• Élaboration, fonctionnalisation par immobilisation d'enzymes et caractérisation de nanomatériaux fibreux 3D pour des applications antibactérienne en ingénierie tissulaire   (collaboration avec le CERMAV)

Des fibres à base de mélanges PCL/kératine/Alpha-lactalbumine sont élaborées puis fonctionnalisées par immobilisation de lysozymes, enzymes ayant la particularité de détruire la paroi bactérienne. Afin de prévenir toute dénaturation de l’enzyme lors du procédé d’electrospinning, la fonctionnalisation est réalisée une fois les fibres formées soit par modification chimique de surface permettant l’introduction d’un groupe fonctionnel réactif complémentaire à une fonction de surface de la protéine, soit en ayant introduit ce groupe fonctionnel pendant la formation des fibres.

Références

1. H. Mondésert, F. Bossard, D. Favier, "Anisotropic electrospun honeycomb polycaprolactone scaffolds: Elaboration, morphological and mechanical properties", journal of the mechanical behavior of biomedical materials 113, 2021, 104124; https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2020.104124

2. L. Gangolphe, C.Y. Leon-Valdivieso, B. Nottelet, S Déjean, A. Bethry, C. Pinese, F. Bossard, X. Garric, " Electrospun microstructured PLA-based scaffolds featuring relevant anisotropic, mechanical and degradation characteristics for soft tissue engineering", Materials Science & Engineering C 129, 2021, 112339; https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112339

3. C.E. Garcia Garcia, B. Lardy, F. Bossard, F.A. Soltero Martínez, M. Rinaudo, "Chitosan based biomaterials for cartilage tissue engineering: Chondrocyte adhesion and proliferation", Food Hydrocolloids for Health, 2021, 100018; https://doi.org/10.1016/j.fhfh.2021.100018