Application des fibres électrofilées dans la modulation de la réponse aux corps étrangers

Contexte

Dans le domaine biomédical, l’utilisation d’appareils médicaux implantables (tels que les implants sous-cutanés) est de plus en plus répandue. Cependant, ces dispositifs déclenchent souvent une réaction immunitaire de l’hôte après implantation, appelée réponse aux corps étrangers (Foreign Body Response, FBR). La FBR est une réaction immunitaire complexe qui entraîne généralement l’encapsulation de l’implant par du tissu fibreux, affectant ainsi sa fonctionnalité. Pour améliorer les performances à long terme des dispositifs médicaux implantables, les chercheurs ont cherché des moyens de moduler la FBR. Ces dernières années, les fibres électrofilées (electrospun fibers) ont été considérées comme une solution potentielle en raison de leur porosité élevée et de leurs propriétés biomimétiques. Les fibres électrofilées peuvent imiter la matrice extracellulaire naturelle (Extracellular Matrix, ECM), favoriser la régénération tissulaire et réduire la réaction fibrotique.

Cet article vise à explorer l’application des fibres électrofilées dans la modulation de la FBR, en analysant en détail l’influence de paramètres tels que le diamètre des fibres, le choix des polymères et l’orientation des fibres sur la FBR, et en proposant des stratégies pour optimiser davantage les fibres électrofilées par des modifications de surface.

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Taron M. Bradshaw et Mark H. Schoenfisch, tous deux issus du département de chimie de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill (University of North Carolina at Chapel Hill). L’article a été publié en 2025 dans la revue ACS Biomaterials Science & Engineering sous le titre Properties of Electrospun Fibers That Influence Foreign Body Response Modulation.

Contenu principal de l’article

1. Fabrication des fibres électrofilées et leur impact sur la FBR

Les fibres électrofilées sont formées en dissolvant des polymères naturels ou synthétiques dans un solvant, puis en les extrudant à travers un capillaire métallique soumis à un champ électrique. Les fibres électrofilées présentent une porosité élevée et une grande surface spécifique, ce qui leur permet de simuler l’ECM naturelle et de fournir un environnement propice à l’adhésion, à la prolifération et à la différenciation cellulaire. Des études ont montré que la surface poreuse des fibres électrofilées peut favoriser la régénération tissulaire et réduire la réaction fibrotique, améliorant ainsi la biocompatibilité des implants.

Influence du diamètre des fibres

Le diamètre des fibres est un facteur important influençant la FBR. Les recherches montrent que la taille du diamètre des fibres affecte directement l’infiltration cellulaire et la diffusion des nutriments. Un diamètre de fibre plus petit (par exemple, 300 nm) peut favoriser la prolifération cellulaire et l’angiogenèse, tandis qu’un diamètre plus grand (par exemple, 2,61 μm) peut favoriser la différenciation des macrophages vers un phénotype anti-inflammatoire. Cependant, les conclusions des différentes études sur le diamètre idéal des fibres divergent, indiquant que le choix du diamètre des fibres doit être ajusté en fonction de l’application spécifique.

Choix et composition des polymères

Les fibres électrofilées peuvent être fabriquées à partir de polymères synthétiques (comme le polycaprolactone, PCL) ou de polymères naturels (comme le chitosan). Les polymères synthétiques possèdent généralement de meilleures propriétés mécaniques, tandis que les polymères naturels offrent une meilleure biocompatibilité. En combinant deux ou plusieurs polymères, il est possible de tirer parti des avantages de chacun. Par exemple, la combinaison de poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) avec du PCL peut améliorer les propriétés mécaniques et la biocompatibilité des fibres.

Influence de l’orientation des fibres

L’orientation des fibres est également un facteur important influençant la FBR. Les recherches montrent que l’orientation des fibres doit correspondre à la structure de l’ECM naturelle. Par exemple, des fibres orientées de manière aléatoire peuvent favoriser une croissance cellulaire désordonnée, tandis que des fibres alignées parallèlement peuvent favoriser une croissance cellulaire directionnelle. De plus, les structures en grille ou en treillis des échafaudages de fibres peuvent combiner les avantages des orientations aléatoires et parallèles, favorisant la migration et la croissance des cellules.

2. Modulation de la FBR par modification de surface

Outre les caractéristiques intrinsèques des fibres, la modification de surface des fibres électrofilées peut également moduler davantage la FBR. En conjuguant des biomolécules (comme des facteurs de croissance ou des matrices extracellulaires) avec les fibres électrofilées, il est possible de prolonger l’effet de modulation de la FBR. Par exemple, la combinaison de vésicules de macrophages (macrophage vesicles) avec des fibres électrofilées peut orienter la réponse inflammatoire dans une direction spécifique, réduisant ainsi le dépôt de collagène. De plus, la conjugaison du facteur de croissance transformant-β3 (TGF-β3) avec des fibres électrofilées peut favoriser la différenciation chondrogénique et améliorer la réparation des structures tendon-os.

3. Perspectives futures

Bien que les fibres électrofilées montrent un grand potentiel dans la modulation de la FBR, de nombreuses questions nécessitent des recherches supplémentaires. Par exemple, la combinaison optimale du diamètre des fibres, du choix des polymères et de l’orientation des fibres doit encore être ajustée en fonction des applications spécifiques. De plus, les stratégies de modification de surface des fibres électrofilées doivent être explorées davantage, en particulier la combinaison de molécules médicamenteuses ou d’autres agents thérapeutiques avec les fibres pour améliorer la réponse inflammatoire locale.

Importance et valeur de l’article

Cet article résume systématiquement l’application des fibres électrofilées dans la modulation de la FBR, en analysant en détail l’influence de paramètres tels que le diamètre des fibres, le choix des polymères et l’orientation des fibres sur la FBR, et en proposant des stratégies pour optimiser davantage les fibres électrofilées par des modifications de surface. Ces recherches fournissent une base théorique importante pour le développement de nouveaux biomatériaux, avec une valeur scientifique et des perspectives d’application significatives.

Points forts

1. Contrôle du diamètre des fibres : Cet article explore en détail l’influence du diamètre des fibres sur la FBR, proposant des stratégies pour choisir le diamètre des fibres en fonction des applications spécifiques.
2. Choix et composition des polymères : En combinant des polymères synthétiques et naturels, cet article montre comment tirer parti des avantages de chacun pour améliorer les propriétés mécaniques et la biocompatibilité des fibres.
3. Influence de l’orientation des fibres : Cet article propose que l’orientation des fibres doit correspondre à la structure de l’ECM naturelle, offrant de nouvelles idées pour la conception d’échafaudages biomimétiques.
4. Stratégies de modification de surface : Cet article explore des stratégies pour moduler davantage la FBR par des modifications de surface, ouvrant de nouvelles voies pour le développement de biomatériaux innovants.

Conclusion

Cet article, à travers une analyse systématique de l’application des fibres électrofilées dans la modulation de la FBR, démontre leur immense potentiel dans le domaine biomédical. Les recherches futures devraient se concentrer sur l’optimisation des paramètres de fabrication des fibres et des stratégies de modification de surface afin d’atteindre une modulation plus efficace de la FBR et une application plus large.