Innovative Vascular Prostheses Combining 3D Electrospun Nanofiber Matrices and Bioactive Coatings Prepared by Plasma-Polymerization

Malgré des efforts indéniables, l'élaboration de prothèses vasculaires (VGs) de petit diamètre (6 mm) pour le remplacement de vaisseaux occlus ou la déviation du flux sanguin (bypass) se heurte encore à des résultats mitigés. Parmi les principaux requis d'un greffon vasculaire synthétique de petit diamètre (SDVG) et pour l'ingénierie tissulaire de vaisseaux sanguins, citons l'hémocompatibilité et la compliance mécanique. En particulier, il est essentiel d'assurer la formation d'une monocouche continue de cellules endothéliales (ECs) à l'intérieur de la lumière, qui résiste aux contraintes de cisaillement physiologiques. Pour ce faire, une approche classique consiste à ensemencer la lumière du greffon avec des ECs, antérieurement à l'intervention. Néanmoins, une faible rétention des cellules sous flux sanguin, et la morphologie des textiles conventionnels constituent des freins à la formation de la monocouche. Les matériaux électrofilés permettent d'améliorer la conformité du greffon, et reproduisent plus fidèlement la morphologie de la matrice extracellulaire des vaisseaux sanguins ; ils présentent cependant le même problème de rétention et croissance des ECs. Dans cette recherche, il a été démontré qu'un tapis de nanofibres de PET électrofilées (ePET), organisées de façon aléatoire, et subséquemment recouvert d'une couche mince de polymère-plasma riche en amines primaires (L-PPE:N) permet un contrôle relativement fin des propriétés structurelles et de surface, nécessaires la formation de monocouches d'ECs confluentes sur VGs. En effet, il a été démontré que ces dépôts L-PPE:N augmentent significativement l'adhésion et la croissance d'ECs, même sous contrainte d'écoulement induite par cisaillement. La rétention cellulaire se voit aussi améliorée, mais n'est cependant pas encore idéale. En outre, les couches L-PPE:N sont également thrombogènes. Pour pallier à cela, il a été proposé de greffer du sulfate de chondroïtine (CS) sur les couches L-PPE:N; le CS est connu pour empêcher l'adhérence de plaquettes ainsi que pour favoriser l'adhésion et croissance de cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs). Le greffage de CS sur L-PPE:N, lui-même déposé sur tapis électrofilés a effectivement montré une forte augmentation de la colonisation en HUVEC, et une amélioration de leur rétention (résistance au détachement). De plus, l'alignement des ECs dans la direction du flux sanguin est connu pour renforcer la rétention des cellules dans les artères. L'approche classique pour obtenir artificiellement une monocouche de cellules alignées implique un pré-conditionnement long et coûteux de l'implant dans un bioréacteur (in vitro), sous flux. Ici, nous avons testé et comparé des tapis de PET obtenus à la fois par électrofilage aléatoire et aligné : nous avons pu observer une légère augmentation de la résistance des ECs à la contrainte de cisaillement dans le cas des fibres alignées. Nous avons également évalué et optimisé le potentiel de ces structures électrofilées pour la media des vaisseaux naturels, qui est constituée de cellules musculaires lisses vasculaires (VSMCs) et de fibres de collagène alignées circonférentiellement, essentielles à la contraction, à la dilatation et au contrôle de la pression sanguine. Nous avons ainsi fabriqué des structures de ePET aligné et avons cherché à optimiser leur compliance à l'aide de trois différentes approches d'érosion (chimique) par plasma, dans le but d'approcher au mieux les propriétés mécaniques et surfaciques des vaisseaux sanguins naturels : (i) décharges corona dans l'air, à pression atmosphérique (HP ); (ii) plasma radio-fréquencé à basse pression (LP) et (iii) plasma micro-ondes, (ii) et (iii) étant utilisés soit avec de l'oxygène (O2), pur ou mélangé avec Ar, ou encore avec CF4. L'approche (iii) a notamment permis une réduction significative du module de Young après à peine 5 min. de traitement avec O2, sans endommager les fibres. De plus, les changements observés dans la composition de surface et l'amélioration drastique de la mouillabilité/capillarité en découlant ont mené à une adhésion et une croissance accrues de cellules musculaires lisses (SMCs). Finalement, les tapis alignés ont été modifiées avec des couches bioactives, basées sur les dépôts L-PPE:N décorés de CS, ce dernier servant de plus de site d'ancrage du facteur de croissance épidermique (EGF). Nous avons pu observer que ces couches (CS-EGF) promeuvent fortement l'adhésion, la croissance et la survie des VSCMs. Ceci suggère que le dépôt de couches bioactives sur tapis électrofilés constitue un excellent moyen de produire des échafaudages pour les parties luminale et médiane des SDVGs, offrant un contrôle fin sur les propriétés structurelles, mécaniques, surfaciques et biologiques nécessaires à une endothélialisation complète et stable de l'implant. Mot clés : prothèse vasculaire; électrofilage; nanofibres; poly(ethylene terephthalate); polymérisation plasma; érosion par plasma; revêtements bioactifs; morphologie; propriétés mécaniques; chimie de surface; endothélialisation.