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Molecular design of biologically inspired soft materials for hard tissue regeneration

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S'inspirer de la nature pour la régénération osseuse

Les difficultés actuelles rencontrées par les procédures de greffe démontrent le besoin en nouveaux biomatériaux dans le traitement des lésions osseuses. Une étude de recherche a tenté de formuler des hydrogels biodégradables qui pourraient être injectés sur le site de la fracture pour faciliter la régénération osseuse.

Santé

Les troubles musculosquelettiques touchent un grand nombre de personnes dans le monde, ils sont la cause principale des douleurs chroniques et débouchent souvent sur un handicap physique. Chaque année, près d'un million de personnes ont besoin de greffons osseux qui, avec l'aide de ces biomatériaux devraient faciliter la régénération osseuse. Les hydrogels sont des matériaux attractifs pour l'ingénierie tissulaire car ils simulent très bien le microenvironnement osseux. Le support de la matrice extracellulaire et les facteurs de croissance nécessaires à la régénération osseuse sont apportés par une matrice tridimensionnelle. Celle-ci favorise tant la régénération osseuse endogène que la différenciation des cellules ostéoprogénitrices nécessaires à la croissance et la réparation osseuse. Dans le même temps, les hydrogels peuvent encapsuler un grand nombre de cellules tout en facilitant la diffusion des nutriments et métabolites indispensables à cette croissance. Le projet PEPTIDOPAMIN («Molecular design of biologically inspired soft materials for hard tissue regeneration»), financé par l'UE, a ainsi créé toute une variété d'hydrogels multifonctionnels à des fins régénératives. Les hydrogels sont injectés au point de fracture en utilisant des procédures peu invasives, ils fourniront ainsi le support nécessaire pour la croissance de l'os. Les chercheurs du projet y ont incorporé des biphosphonates car ceux-ci montrent une très grande affinité pour les ions calcium de l'hydroxyapatite, le composant principal de la matrice extracellulaire osseuse. En immobilisant des biphosphonates dans un gel de polyéthylène glycol, l'hydrogel obtenu montre un comportement de réponse au calcium parfaitement adapté à la fonction squelettique. Les gels se forment une minute seulement après l'injection et montrent une capacité auto-réparatrice étonnante. L'élasticité du gel augmente avec la teneur en polymère et la concentration en calcium. La réticulation gérée par les ions calcium s'est révélée supérieure à celle obtenue avec d'autres cations divalents. Par ailleurs l'activité des ostéoclastes, nécessaire au remodelage osseux, n'est pas inhibée par ces biphosphonates. Les chercheurs n'ont de plus, observé aucune cytotoxicité envers les ostéoclastes, un résultat prometteur car il évite les risques de fuite et donc d'overdose locale ou de déséquilibre du renouvellement osseux. Une optimisation ultérieure de la formulation de l'hydrogel permettra de réduire le vieillissement accéléré du matériau, une condition nécessaire pour l'alignement dans le temps des propriétés mécaniques du gel avec le processus de réparation osseuse. La nature biodégradable des hydrogels PEPTIDOPAMIN et leur capacité de soutien de la croissance osseuse sont très encourageantes. Ces nouveaux biomatériaux pourront largement améliorer le traitement des lésions osseuses dans une société vieillissante comme la nôtre et réduire de fait les coûts qu'elles font porter aux systèmes de soins.

Mots‑clés

Régénération osseuse, hydrogel, matériaux doux, régénération tissulaire, biphosphonates

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