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A multifunctional self-immolative hydrogel for accelerating the healing of chronic wounds

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Un système intelligent d’administration de molécules qui passe d’un état actif à dormant en fonction de l’environnement

La libération contrôlée est une propriété recherchée dans les technologies d’administration agrochimiques et biomédicales, à la fois pour maximiser l’efficacité du processus et pour éviter des effets secondaires non spécifiques. Des scientifiques européens ont mis au point une plateforme innovante de libération contrôlée capable de s’activer et de se désactiver dynamiquement en réponse aux variations du pH.

Santé

En chimie, le terme «auto-immolation» désigne la décomposition chimique de composés en cascade tête-à-queue, comme la combustion d’un fusible. Ce processus a suscité un grand intérêt au sein de la communauté de recherche à propos des systèmes de libération contrôlée pour l’administration de médicaments, l’imagerie biologique et la libération de pesticides ou de nutriments dans le domaine de l’agriculture. Parmi d’autres applications figure le développement de matériaux polymères dégradables comme des plastiques, des revêtements et des nanoparticules.

Contrôler l’auto-immolation en réponse au pH

Les composés capables d’effectuer une auto-immolation contiennent un lieur chimique qui connecte un groupe protecteur clivable au stimulus (le «déclencheur») à une molécule de «charge utile», telle qu’un médicament. Le lieur sert à accélérer l’élimination du déclencheur après l’exposition à un stimulus approprié comme le pH, la température ou des enzymes. Les propriétés chimiques et stériques du lieur prédéterminent la cinétique de l’auto-immolation qui, une fois activée, aboutit à la libération ininterrompue de la charge utile, quel que soit l’environnement. L’un des objectifs du projet Multi-SIP Hydrogel, entrepris avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie (MSC), consistait à contrôler dynamiquement la cinétique de l’auto-immolation à l’aide de stimuli externes. «Nous souhaitions contrôler la réaction de dégradation du lieur, et donc la libération de la charge utile, en réponse à un stimulus spécifique changeant ou transitoire», explique Derrick Roberts, titulaire d’une bourse de recherche MSC. Le projet consistait en une collaboration entre l’Institut Karolinska et le groupe de la professeure Molly Stevens à l’Imperial College de Londres. Les chercheurs ont exploité le fait que les lieurs auto-immolateurs contiennent des résidus sensibles aux variations d’acidité. Ils ont synthétisé des lieurs dont la cascade d’auto-immolation et, par conséquent, la libération de la charge utile, peut être interrompue et redémarrée en fonction de l’acidité de l’environnement.

Optimisation du lieur pour des applications futures

La conception du lieur dégradable permet de préparer la cascade d’auto-immolation à être activée et désactivée, garantissant ainsi que la libération de la charge utile a lieu uniquement dans des conditions environnementales spécifiques. C’est une innovation significative dans le domaine, ce degré de contrôle dynamique du pH pour maîtriser la libération de la charge utile n’avait jamais été démontré explicitement auparavant. Il est important de noter que ces travaux ont des applications biologiques potentielles dans des situations où les variations de pH entraînent la libération de médicaments. Dans la cicatrisation de plaies, par exemple, un lieur auto-immolateur sensible au pH pourrait assurer la libération initiale et rapide de la charge utile, tandis que l’atténuation et la réactivation auraient lieu en fonction des besoins changeants de la plaie, évitant ainsi le risque de surdosage. Les lieurs auto-immolateurs peuvent également être unis pour former des types spéciaux de polymères rapidement dégradables. En revanche, les polymères dégradables conventionnels se décomposent en fragments plus petits sur des périodes bien plus longues, car il n’existe pas de mécanisme en cascade pour leur dégradation. «Afin d’exploiter efficacement notre lieur dans des applications biologiques, il est nécessaire de continuer l’optimisation en ce qui concerne la solubilité dans l’eau, l’éventail de réponses au pH et la cytotoxicité des produits d’auto-immolation», souligne Derrick Roberts. C’est l’objet de son nouveau groupe récemment créé à l’Université de Sydney, où il étudie également l’application de lieurs auto-immolateurs dans des domaines tels que l’agriculture et les revêtements sensibles aux stimuli. Actuellement, sa bourse de début de carrière du Conseil australien de la recherche est axée sur l’utilisation de polymères et de lieurs auto-immolateurs pour déclencher des transformations morphologiques contrôlées dans des nanoparticules polymères autoassemblées. Il envisage de «contrôler la morphologie des nanoparticules et leur fonction, afin de soutenir le développement de nouvelles nanotechnologies sensibles aux stimuli».

Mots‑clés

Multi-SIP Hydrogel, lieur, auto-immolation, médicament, libération contrôlée, nanoparticules

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