Hydrogels supramoléculaires entraînés par des peptides fibrillants β-sheet pour une cicatrisation améliorée des plaies diabétiques

Contexte académique

La cicatrisation des plaies diabétiques est un problème de santé mondial. En raison de la microangiopathie et des dysfonctionnements immunitaires causés par l’hyperglycémie chez les patients diabétiques, le processus de cicatrisation est souvent gravement entravé. Les traitements traditionnels, tels que l’utilisation de collagène ou de facteurs de croissance, bien qu’efficaces dans une certaine mesure, sont limités en raison de l’instabilité et de la dégradation rapide des protéines dans l’environnement externe. Par conséquent, le développement de nouveaux matériaux capables de délivrer de manière stable des protéines et de favoriser la cicatrisation des plaies est devenu un axe de recherche majeur.

Les hydrogels supramoléculaires, en raison de leurs propriétés de liaison non covalente, peuvent maintenir l’activité biologique des protéines tout en améliorant leur stabilité, ce qui en fait une plateforme idéale pour la réparation des plaies diabétiques. Cette étude a développé un nouvel hydrogel supramoléculaire protéine-peptide en assemblant un peptide fibrillant β-sheet (Q11) avec des protéines recombinantes fusionnées à une queue β, visant à améliorer la stabilité et l’activité biologique des protéines pour favoriser la cicatrisation des plaies diabétiques.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Zhao Guo, Xing Liu et d’autres auteurs de l’École des sciences de la vie de l’Université de Mongolie intérieure, avec Xinyu Li comme auteur correspondant. L’article a été publié le 9 décembre 2024 dans la revue ACS Biomaterials Science & Engineering, sous le titre Assembly of Recombinant Proteins into β‑Sheet Fibrillating Peptide-Driven Supramolecular Hydrogels for Enhanced Diabetic Wound Healing.

Processus et résultats de la recherche

1. Assemblage du peptide Q11 avec des protéines fluorescentes et étude de la stabilité

L’étude a d’abord conçu un peptide Q11 (QQKFKFQFEQQ) capable de former une structure β-sheet, puis l’a combiné avec deux protéines fluorescentes fusionnées à une queue β (GFP et mScarlet) pour former β-GFP et β-mScarlet. L’observation par microscopie électronique à transmission (TEM) a révélé que l’assemblage du peptide Q11 avec les protéines fluorescentes formait une structure fibreuse désordonnée. Les images de microscopie à fluorescence et de caméra standard ont montré que le peptide Q11 pouvait entraîner l’assemblage gradué de β-GFP et β-mScarlet, et que l’hydrogel assemblé présentait une stabilité accrue dans différentes conditions de pH et de température.

2. Construction de la protéine de fusion collagène-like et Sonic Hedgehog et préparation de l’hydrogel

Sur la base des propriétés d’assemblage du peptide Q11, l’équipe de recherche a conçu une protéine de fusion collagène-like (CLP) avec Sonic Hedgehog (SHH) (CLP-SHH). L’efficacité de l’assemblage a été évaluée par coloration au thioflavine T (ThT), révélant que l’efficacité augmentait significativement avec la longueur de la séquence CLP. Finalement, CLP3-SHH (C3SH) a été choisi pour l’assemblage avec le peptide Q11, formant l’hydrogel supramoléculaire Q11C3SH. Cet hydrogel a démontré une injectabilité excellente, adaptée aux applications de réparation des plaies.

3. Évaluation de la biocompatibilité et de l’activité biologique de l’hydrogel

L’équipe de recherche a évalué la biocompatibilité de l’hydrogel Q11C3SH en utilisant des fibroblastes NIH-3T3 et des kératinocytes HaCaT. Les résultats ont montré que des concentrations de 1%, 3% et 5% de Q11, C3SH et Q11C3SH augmentaient significativement la viabilité cellulaire, avec une amélioration la plus marquée pour l’hydrogel Q11C3SH à 5%. Les expériences de migration cellulaire ont montré que les hydrogels C3SH et Q11C3SH à 5% favorisaient significativement la migration cellulaire, attribuée au rôle important de la protéine SHH dans la différenciation et la prolifération cellulaires.

4. Expériences de cicatrisation des plaies dans un modèle murin diabétique

L’équipe de recherche a évalué l’efficacité de l’hydrogel Q11C3SH dans un modèle murin diabétique induit par la streptozotocine (STZ). Les résultats ont montré que l’hydrogel Q11C3SH accélérait significativement le processus de cicatrisation des plaies chez les souris diabétiques par rapport au groupe témoin. L’analyse histologique a révélé que les plaies traitées avec Q11C3SH présentaient une couche épidermique plus épaisse et un dépôt de collagène accru, indiquant une promotion de la remodelage et de la régénération tissulaires.

5. Modulation de la réponse inflammatoire par l’hydrogel

Par analyse en immunofluorescence et Western blot, l’équipe de recherche a découvert que l’hydrogel Q11C3SH augmentait significativement l’expression de protéines clés liées à la cicatrisation (telles que COL-1α, CK-14 et α-SMA), tout en réduisant les niveaux des cytokines inflammatoires IL-6 et TNF-α. Cela suggère que l’hydrogel Q11C3SH favorise non seulement la régénération tissulaire, mais crée également un environnement plus favorable à la cicatrisation en atténuant la réponse inflammatoire.

Conclusion et signification

Cette étude a réussi à développer un hydrogel supramoléculaire entraîné par le peptide Q11, en assemblant une protéine de fusion collagène-like avec Sonic Hedgehog, améliorant significativement la stabilité et l’activité biologique des protéines. Cet hydrogel a démontré une efficacité remarquable dans la cicatrisation des plaies diabétiques chez les souris, accélérant non seulement la fermeture des plaies, mais favorisant également la régénération épidermique et le dépôt de collagène. De plus, l’hydrogel améliore l’environnement de cicatrisation des plaies diabétiques en modulant la réponse inflammatoire.

Points forts de la recherche

1. Stratégie d’assemblage innovante : La stratégie d’assemblage non covalent entraînée par le peptide Q11 permet aux protéines de maintenir leur repliement naturel et leur activité biologique tout en permettant un contrôle précis des proportions.
2. Hydrogel multifonctionnel : L’hydrogel Q11C3SH présente non seulement une injectabilité et une stabilité excellentes, mais module également la réponse inflammatoire et favorise la migration cellulaire, accélérant significativement la cicatrisation des plaies diabétiques.
3. Applications cliniques potentielles : Cet hydrogel offre une stratégie de traitement simple, économique et efficace pour la gestion des plaies diabétiques, avec des perspectives cliniques étendues.

Autres informations utiles

L’équipe de recherche a également exploré le potentiel du peptide Q11 dans la modulation immunitaire, découvrant qu’il peut exercer des effets anti-inflammatoires en réduisant l’expression des marqueurs inflammatoires (tels que IL-6 et pNF-κB). Cela ouvre de nouvelles perspectives pour l’application du peptide Q11 dans le traitement d’autres maladies, comme les maladies inflammatoires de l’intestin.

Cette étude fournit non seulement un nouveau matériau d’hydrogel supramoléculaire pour la réparation des plaies diabétiques, mais offre également de nouvelles idées et méthodes pour le développement de systèmes de délivrance de protéines.