Ouvrir la voie à la médecine régénérative : propriétés cellulaires spécifiques des nouveaux matériaux en soie d'araignée
Les matériaux constitués de soie d'araignée peuvent être spécifiquement modifiés ou traités de manière à ce que des cellules vivantes d'un certain type y adhèrent, s'y développent et y prolifèrent. C'est ce qu'ont découvert des chercheurs de l'université de Bayreuth sous la direction du professeur Thomas Scheibel. Les effets des matériaux sur les cellules peuvent être générés par des modifications biochimiques des protéines de la soie, mais aussi par la structuration de la surface des revêtements en soie d'araignée. Les résultats de la recherche, publiés dans "Advanced Healthcare Materials" et "Advanced Materials Interfaces", sont pionniers pour la médecine régénérative et la production de tissus artificiels.
Image symbolique
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À gauche : fibroblastes de la peau sur des revêtements structurés de soie d'araignée ; à droite : cellules progénitrices musculaires sur un échafaudage de soie d'araignée modifiée par des peptides. Rouge : cytosquelette d'actine, turquoise : noyau et échafaudage de soie d'araignée, bleu : noyau.
Vanessa Trossmann
La soie d'araignée favorise la formation de tissus naturels d'une manière spécifique aux cellules
Dans de nombreux cas, la restauration biomédicale de tissus endommagés ou détruits dépend de la stimulation et du contrôle du développement de cellules spécifiques. Des cellules de différents types, par exemple des cellules cutanées, musculaires et nerveuses, doivent être impliquées afin de créer un réseau cellulaire fonctionnel. Un échafaudage de soie d'araignée implanté dans le corps, auquel s'attache un nombre croissant de nouvelles cellules en développement, fournit des conditions préalables importantes pour ce processus de reconstruction naturelle : Les protéines de la soie d'araignée sont biodégradables et généralement compatibles avec les cellules existantes de l'organisme. Les résultats des recherches menées à Bayreuth dans le cadre de la chaire de biomatériaux montrent maintenant comment un tel échafaudage en soie d'araignée peut être optimisé. Pour les différentes sections spatiales de l'échafaudage, on pourra à l'avenir utiliser des matériaux particulièrement bien adaptés à la fixation, à la croissance et à la prolifération ciblées des cellules d'un type cellulaire donné. Par conséquent, un tel échafaudage en soie d'araignée implanté dans le corps convient parfaitement à la production de grandes structures tissulaires naturelles impliquant différents types de cellules. Il se dégrade progressivement de manière naturelle au fur et à mesure que la régénération des tissus progresse.
Les revêtements des implants en soie d'araignée suppriment les réactions de rejet
Les résultats de ces deux études contribueront également à l'optimisation des implants destinés à remplacer de manière permanente les tissus naturels et à rester dans l'organisme. Cela nécessite des matériaux qui garantissent que les implants ne sont pas rejetés par l'inflammation ou les réactions allergiques. Un revêtement en soie d'araignée, qui est adapté de manière optimale aux différents types de cellules du tissu environnant et favorise leur attachement, permet d'éviter de telles réactions de rejet et contribue ainsi à l'intégration harmonieuse de l'implant dans le tissu naturel.
Effets spécifiques aux cellules grâce à des modifications biochimiques
Comme l'ont démontré les chercheurs de Bayreuth, il est possible d'obtenir des effets cellulaires spécifiques des matériaux en soie d'araignée en modifiant fonctionnellement les protéines de la soie par l'incorporation de peptides, qui sont des acides polyaminés à chaîne courte. Les peptides qui interagissent avec les cellules (peptides adhésifs) sont présents dans la matrice extracellulaire (MEC) des tissus naturels : Il s'agit d'une structure moléculaire en forme de treillis qui remplit les espaces entre les cellules voisines d'un tissu et stabilise leur disposition spatiale. Les chercheurs de Bayreuth ont greffé des peptides d'adhésion cellulaire présents dans la matrice extracellulaire de nombreux organismes, dont l'homme, à plusieurs variantes d'une protéine de soie dérivée d'une soie d'araignée de la croix de jardin. À la suite d'une modification biochimique, certaines de ces protéines de soie modifiées se sont révélées généralement adhésives pour les cellules, tandis que d'autres présentaient généralement un comportement répulsif pour les cellules. Dans certains cas, cependant, des interactions spécifiques aux cellules ont été observées en plus. Les effets du peptide KGD sont particulièrement frappants : il favorise spécifiquement l'attachement et la croissance des myoblastes. Il s'agit de cellules précurseurs des muscles embryonnaires qui peuvent se transformer en fibres musculaires.
"Les résultats de nos recherches indiquent une nouvelle voie menant à des applications cellulaires spécifiques des matériaux fabriqués à partir de la soie d'araignée, que ce soit dans la conception d'échafaudages pour promouvoir les processus naturels de régénération, dans le revêtement d'implants ou même dans l'impression 3D d'hydrogels avec des cellules encapsulées qui peuvent être transformées en matériaux fonctionnels", a déclaré Vanessa Trossmann, auteur principal de l'étude publiée dans la revue Advanced Healthcare Materials.
Effets spécifiques aux cellules grâce à la structuration de la surface des revêtements en soie d'araignée
L'étude, publiée dans Advanced Materials Interfaces, présente une manière différente d'optimiser les matériaux en soie d'araignée. Les revêtements fabriqués à partir d'une protéine de soie dérivée directement de la soie de l'araignée de jardin ne présentent pas de comportement adhésif cellulaire en soi - sans modification biochimique. L'équipe de recherche dirigée par le professeur Thomas Scheibel a maintenant utilisé un processus lithographique pour structurer la surface de ces revêtements de manière à stimuler spécifiquement l'attachement et la croissance de cellules d'un certain type. Les réactions des différentes cellules à la forme et à la taille des structures géométriques imprimées dans la surface dépendent fortement du type de cellule concerné, entre autres paramètres, comme l'ont montré des tests approfondis. "Sur la base des résultats de nos recherches, il sera possible d'optimiser par lithographie les revêtements de protéines de soie ou d'autres matériaux biocompatibles de manière à ce qu'ils stimulent et conduisent la régénération naturelle de structures tissulaires complexes de manière spécifique aux cellules", déclare Scheibel.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Vanessa Tanja Trossmann, Thomas Scheibel: Design of Recombinant Spider Silk Proteins for Cell Type Specific Binding, Advanced Healthcare Materials 9/2023
Sarah Lentz, Vanessa Tanja Trossmann, Thomas Scheibel: Selective Topography Directed Cell Adhesion on Spider Silk Surfaces. Advanced Material Interfaces, 5/2023
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