Membrane bioresorbable pour la cicatrisation des plaies internes et externes

Fibroblastes (cellules du tissu conjonctif) sur la membrane Renacer® électrofilée sous le microscope confocal (rouge : cytosquelette des cellules, bleu : noyaux cellulaires) © Fraunhofer ITEM / Fibroblastes (cellules du tissu conjonctif) sur la membrane Renacer® électrofilée sous le microscope confocal (rouge : cytosquelette des cellules, bleu : noyaux cellulaires). © Fraunhofer ITEM

Membrane électrofilée Renacer® (5 x 5 cm) © Fraunhofer ITEM / Membrane électrofilée Renacer® (5 x 5 cm) © Fraunhofer ITEM

Les chercheurs du Fraunhofer ont réussi à fabriquer une membrane électrofilée à partir du gel de silice biodégradable Renacer® qui n'est ni cytotoxique ni génotoxique. Cette matrice imite les structures fibreuses présentes dans le tissu conjonctif. Elle est donc particulièrement adaptée aux applications régénératives, par exemple pour améliorer la cicatrisation des plaies.

Le traitement des plaies étendues ainsi que des plaies internes est un défi et peut être extrêmement long. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la Recherche sur la Silice ISC et de l'Institut Fraunhofer pour la Toxicologie et la Médecine Expérimentale ITEM ont développé pour ce domaine d'application une membrane biodégradable qui soutient la cicatrisation et se dégrade entièrement dans le corps en une substance naturelle.

La base de cette nouvelle membrane est un voile de fibres développé à l'ISC Fraunhofer, déjà autorisé médicalement pour la régénération de plaies chroniques, comme le pied diabétique. Le matériau se dissout complètement en six à huit semaines lors de la cicatrisation. Les chercheurs ont pu réduire le diamètre des fibres de plus de 50 fois, atteignant désormais moins d'un micromètre. Ils ont utilisé la méthode de l'électrofilage. De cette manière, ils ont pu transformer un sol de gel de silice en une membrane de gel de silice à maillage serré, composée de fibres d'environ un micromètre de diamètre. Parfois, ils ont même obtenu des diamètres de seulement 100 nanomètres. « Ces systèmes fibreux imitent la matrice extracellulaire, c'est-à-dire les structures fibreuses présentes dans le tissu conjonctif, dans le corps, et sont très bien acceptés par les cellules humaines pour la régénération. Ils ne provoquent aucune réaction de corps étranger ni de cicatrices internes. La nouvelle membrane de gel de silice ne libère qu'un produit de dégradation, l'acide monoisélique, qui agit de manière régénératrice dans le corps et favorise la fermeture des plaies », explique le Dr Bastian Christ, chercheur à l'ISC Fraunhofer à Wurtzbourg. Avec ses collègues, il s'est occupé de la synthèse et de la transformation du matériau.

« Alors que le voile de fibres original, constitué de fibres de 50 micromètres d'épaisseur, est introduit de l'extérieur dans une plaie chronique, le voile de fibres plus fin est également adapté aux applications internes. Un matériau de remplissage utilisé pour les défauts osseux de la mâchoire pourrait théoriquement être recouvert par cette membrane pour accélérer la cicatrisation », décrit la Dr Christina Ziemann, chercheuse à l'Institut Fraunhofer ITEM et responsable de l'évaluation biologique du matériau, une des nombreuses possibilités d'utilisation. « En principe, la membrane peut être fixée dans le corps à l'aide d'adhésifs biodégradables. »

Matériau ni cytotoxique ni génotoxique

À l'aide d'un microscope confocal, un microscope optique spécial, il a été montré que la membrane à maillage serré, présentée comme démonstrateur, possède une fonction de barrière qui empêche le passage des cellules du tissu conjonctif pendant au moins sept jours, sans empêcher la croissance cellulaire en général. De plus, la membrane est résorbable et ne présente aucune cytotoxicité ni génotoxicité, elle ne cause donc ni dommages directs au tissu ni à l'ADN.

Le diamètre des fibres et la taille des mailles influencent le comportement des cellules

Pour l'application en tant que barrière d'adhésion, afin d'éviter les adhérences postopératoires et la formation de cicatrices, un diamètre de fibre fin avec de petites mailles a été choisi, permettant uniquement aux nutriments de traverser le voile de fibres — mais pas les cellules du tissu conjonctif. En revanche, avec un diamètre de fibre d'un micromètre et des mailles correspondantes, les cellules pénètrent dans le réseau de fibres, y prolifèrent et exercent une action régénératrice sur le tissu environnant. « En ajustant les propriétés du matériau, comme le diamètre des fibres et la taille des mailles, nous pouvons influencer souhaitablement le comportement des cellules », explique Christ. Pour l'électrofilage des fibres, les installations nécessaires sont conçues de manière adaptée à l'application et sur mesure pour chaque client par l'ISC Fraunhofer. La forme et la taille des voiles de fibres peuvent également être personnalisées.

Contrairement à la membrane, qui, immédiatement après application, permet un transport de nutriments en raison de sa nature à maillage ouvert, mais pas le passage des cellules, de nombreux produits disponibles sur le marché n'autorisent souvent ce transport de substances qu'après dégradation biologique ou après son début. Une cicatrisation rapide et efficace n'est cependant possible que si le tissu blessé est suffisamment alimenté en nutriments. En même temps, les produits de dégradation doivent être évacués, ce qui est favorisé par la structure à mailles ouvertes de la membrane de gel de silice.

Membrane à caractère inorganique

Un autre avantage : la membrane Renacer® se dissout complètement et se décompose presque de manière pH-neutre en acide monoisélique non toxique, la seule forme soluble dans l'eau de la silice. Elle est naturellement présente dans le corps et stimule la reconstruction du tissu conjonctif dans la peau ainsi que la formation osseuse. De telles propriétés ne sont pas encore présentes dans les produits disponibles à ce jour. Beaucoup de matériaux biodégradables se dissolvent en acides organiques comme l'acide lactique ou l'acide glycolique, ce qui peut entraîner des suracidifications locales dans le tissu et provoquer des réactions inflammatoires du système immunitaire. « Nos tests ont montré que même le produit de dissolution, l'acide monoisélique, n'est pas toxique et est totalement compatible avec les cellules », explique Ziemann. « La membrane se décompose en une seule molécule — l'acide monoisélique. »

Fibres comme dépôt de principe actif

De plus, des principes actifs peuvent être intégrés dans le voile de fibres, qui sont libérés lors de la dissolution du matériau. « Pendant la résorption, par exemple, un antibiotique pourrait être administré à une plaie dans le corps pour éviter la formation de foyers bactériens », explique Christ. Dans le cadre du projet financé par le BMBF « GlioGel », l'ISC Fraunhofer étudie si la plateforme matérielle Renacer® peut servir de dépôt de principes actifs pour le traitement des tumeurs cérébrales.