Mise au point d'un échafaudage moléculaire modulable pour le génie tissulaire

Les hydrogels sont devenus, au cours des dernières décennies, très populaires, particulièrement dans le domaine du biomédical. Du fait de leur grande ressemblance aux tissus vivants, ils sont fréquemment utilisés dans le génie tissulaire comme échafaudages pour la culture cellulaire. La fonctionnalisation de ces polymères par des biomolécules permet de s'approcher des conditions naturelles des cellules et ainsi d'obtenir des tissus biologiques plus performants pour les applications médicales. Cependant, malgré les nombreux progrès effectués dans le domaine, l'immobilisation de protéines sur un polymère reste un défi. En effet, les protéines sont des macromolécules fragiles et sensibles à leur environnement. Pour préserver leur bioactivité, il ne faut pas ou peu modifier leur structure et correctement les présenter à leurs partenaires cellulaires. Pour cela, l'utilisation de peptides intermédiaires a fait ses preuves. Parmi eux, le couple Ecoil/Kcoil est particulièrement intéressant du fait de la forte affinité entre les deux peptides et permet également une bonne orientation et présentation du facteur de croissance aux cellules. L'objectif du projet été de réaliser un hydrogel de dextrane poreux, permettant l'adhésion, la prolifération et la migration des cellules, et fonctionnalisé avec des peptides Kcoils pour permettre l'immobilisation et la relâche contrôlée de facteurs de croissance couplés au peptide Ecoil par génie génétique. L'immobilisation du Kcoil sur le dextrane s'est révélée délicate due à l'oxydation extrêmement rapide du peptide. Une première étude sur la réduction simultanée à la réaction de greffage a été réalisée, aboutissant au manuscrit « Adequate reducing conditions enable conjugation to polymer by one pot thiol click chemistry », accepté dans le journal Bioconjugate chemistry et présenté dans le chapitre 4 du mémoire. En parallèle, une autre réaction chimique, la cycloaddition azide/alcyne a été envisagée. Celle-ci a donné des résultats concluants quant au greffage des peptides et a permis de réaliser des tests préliminaires sur les hydrogels. Malheureusement, les propriétés mécaniques et de porosité de l'hydrogel n'ont pas été atteintes pour réaliser une culture cellulaire en son sein.

Abstract

Over the past decades, hydrogels have become very popular, especially in the biomedical field. This can be attributed to the fact that they highly resemble living tissues, and as such are frequently used in tissue engineering as scaffolds for cell culture. Natural cell growth conditions can be approached by functionalizing polymers with biomolecules. This helps achieve more viable biological tissues for medical applications. Although great progresses were made in this field, immobilizing proteins on polymers is still really challenging. Indeed, proteins are big macromolecules that are extremely delicate and sensitive to their environment. Intermediary peptides can be efficiently used to aid in this step. Among them, the Ecoil/Kcoil pair is particularly interesting because of the high affinity between the two peptides. It also allows for good orientation and presentation of the growth factor to the cells. This project aims to produce a porous dextran hydrogel, allowing for the adhesion, proliferation and migration of cells. The hydrogel should first be functionalized with Kcoils peptides to allow for the immobilization and controlled release of genetically engineered growth factors that are coupled to the Ecoil peptide. The immobilization of Kcoil on dextran was made difficult by the extremely fast oxidation of the peptide. A first study, on simultaneous reduction and grafting reaction was carried out, resulting in the manuscript "Adequate Reducing Conditions Enable Conjugation to Polymer by One Pot Thiol Click Chemistry". This manuscript was accepted in the journal Bioconjugate Chemistry and will be presented in Chapter 4 of this master thesis. Meanwhile, another chemical reaction, the azide/alkyne cycloaddition was considered. It gave conclusive results for the peptide grafting and made it possible to carry out preliminary experiments on the hydrogels. Unfortunately, the hydrogel's mechanical and porosity properties were not suited for cell culture.