Échafaudage cellulaire en nanofibres de polymère et verre bioactif pour la guérison des plaies diabétiques

Une partie des patients diabétiques souffrent de plaies chroniques sur les membres inférieures appelées ulcères diabétiques. Ces plaies sont à l’origine de pertes de qualité de vie et d’argent importantes pour le système de santé et les patients. La longue durée d’ouverture de ces plaies les ouvre à des infections bactériennes, nécessitant parfois des amputations. Cette chronicité est expliquée d’une part par la faible quantité de facteurs de croissance dans ces plaies, et d’autre part par la surproduction de molécules à fort effet collatéral par le système immunitaire. Durant les dernières années, les intérêts de recherche se sont centrés sur la production d’échafaudages cellulaires bioactifs, qui remplacent les tissus abîmés et motivent la croissance de nouveaux tissus pour permettre de fermer la plaie. Depuis un peu plus d’une vingtaine d’années, l’électrofilage a démontré être une technique permettant de fabriquer des fibres nanométriques avec une grande variété de structures et de compositions disponibles. Cette technique a donc attiré l’attention pour la production d’échafaudages cellulaire, notamment dans le cadre des plaies diabétiques. La production de fibres imitant la matrice extracellulaire, biodégradables et bioactives, en est la raison. Le but de ce projet de maîtrise était de développer un échafaudage cellulaire électrofilé et bioactif dans le cadre d’une plaie diabétique. Dans un premier temps, un premier matériau composé de fibres d’alcool polyvinylique (PVA) et d’alginate a été produit, mais après avoir rencontré de trop nombreux obstacles, notam-ment la solubilité trop importante, la difficulté de manipulation et la faible quantité de matériau produite, ce matériau a été écarté. Ce matériau devait être la couche supérieure d’une structure bicouche, contenant aussi du chitosane, du verre bioactif, et du plasma riche en plaquettes lyophilisé. Dans un second temps, un matériau composé de fibres d’acide polylactique (PLA) et de nano-particules de verre bioactif (nBG), un matériau proangiogénique, antibactérien et promouvant la prolifération cellulaire, a été produit par électrofilage. Une analyse par microscopie élec-tronique a permis de déterminer la taille des fibres et leur morphologie. Un test de traction jusqu’à la rupture a permis de déterminer l’effet de l’incorporation des nanoparticules sur les caractéristiques mécaniques des fibres. Ensuite, des essais in vitro ont été réalisés afin de déterminer l’effet de l’échafaudage sur la prolifération et la viabilité de cellules L929. Ces tests ont été menés à l’aide des colorants PrestoBlue HS(invitrogen) et du LIVE/DEAD Cell Imaging Kit(Invitrogen) après 1,3 et 7 jours de culture. Par la suite, des cultures de cellule ont été menées sur les matériaux et leur milieu de culture prélevés et envoyés à Eve Technologies pour mesurer les concentrations de facteurs proangiogéniques dans ces derniers. Finalement, un test antibactérien a permis de déterminer si les nanoparticules avaient un effet antibac-térien sur des bactéries Gram-négatif. Dans ces expériences, les fibres de PLA-nBG étaient comparées à des fibres de PLA pures. Il n’a pas été possible de produire des fibres de PLA contenant plus de 5% de nanoparticules de verre à cause de la dégradation hydrolytique catalysée par les nBG dans la solution d’élec-trofilage. Une analyse thermogravimétrique a confirmé que les fibres produites contenaient près de 90% de la masse de nanoparticules ajoutées. Les fibres de PLA-nBG ont un diamètre entre 100 et 250 nm contre entre 0,6 et 1,1 µm pour les fibres de PLA. La présence des na-noparticules n’a pas affecté la rigidité du matériau et a diminué la contrainte et l’élongation à la rupture à 0,9 MPa contre 1,3 MPa et 10% contre 65% respectivement pour les fibres de PLA-nBG et de PLA. La prolifération de cellules L929 après 7 jours était améliorée sur le PLA-nBG comparé au PLA de presque 30%. La viabilité des cellules était aussi améliorée avec un étalement plus important des cellules et une toxicité réduite en présence de nano-particules, particulièrement notables après 7 jours. La production de certains facteurs proan-giogéniques, notamment l’endogline et les facteurs de croissance placentaires (PLGF) a été améliorée, mais la production de facteurs de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) est restée semblable pour les deux matériaux. Aucun effet antibactérien n’a été constaté pour le PLA-nBG après 24 h de culture bactérienne sur ce dernier. Le matériau présente un intérêt pour la guérison des plaies diabétiques en promouvant la pro-lifération et la viabilité des cellules ensemencées à sa surface. Le matériau démontre aussi des effets proangiogéniques, même s’ils sont limités. De nouvelles recherches sont nécessaires pour que ce matériau atteigne son plein potentiel. Un solvant différent pour la solution d’électro-filage limiterait la dégradation hydrolytique du PLA en présence de nBG et augmenterait la taille des fibres et des pores du matériau. Des nBG de plus petit diamètre permettraient une meilleure incorporation dans les fibres de PLA et une plus grande réactivité à leur surface. Finalement, des nBG basés sur du borate, contre du silicate dans le cas de cette recherche, pourraient aussi augmenter cette réactivité.