Hydrogel photocroisé de membrane amniotique humaine pour la réparation des lésions de la moelle épinière

Contexte académique

Les lésions de la moelle épinière (Spinal Cord Injury, SCI) sont une maladie neurologique grave entraînant souvent une perte de fonction motrice et une diminution de la qualité de vie des patients. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés ces dernières années dans le domaine de l’ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative, la récupération fonctionnelle après une lésion de la moelle épinière reste un défi mondial. Les principaux problèmes résident dans la difficulté de régénération des nouveaux axones dans la zone lésée et la formation de tissu cicatriciel qui entrave la réparation nerveuse. La membrane amniotique humaine (Human Amniotic Membrane, HAM), en tant que matériau biologique, présente des avantages tels que la protection de la croissance nerveuse, l’inhibition de la formation de cicatrices et la promotion de la néovascularisation. Cependant, ses propriétés physiques faibles limitent son application dans le traitement des lésions de la moelle épinière.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont tenté d’améliorer les propriétés mécaniques de la membrane amniotique humaine tout en conservant son activité biologique grâce à des modifications chimiques et à la technologie de photocroisement. Cette étude a préparé un nouveau hydrogel composite en décellularisant la membrane amniotique humaine, en la greffant chimiquement avec de l’anhydride méthacrylique (Methacrylic Anhydride, MA), puis en la photocroisant avec de la gélatine méthacrylée (Gelatin Methacrylate, GelMA), pour la réparation des lésions de la moelle épinière.

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Tao Xu, Changwei Yang, Yang Lu, Heng Wang, Cheng Chen, Yuchen Zhou et Xiaoqing Chen, tous affiliés au département de chirurgie vertébrale de l’hôpital affilié à l’école de médecine de l’université de Nantong. L’article a été publié en ligne le 12 novembre 2024 dans la revue Bio-design and Manufacturing, avec le DOI 10.1007/s42242-024-00318-x.

Processus de recherche

1. Décellularisation et modification chimique de la membrane amniotique humaine

Les chercheurs ont d’abord obtenu des membranes amniotiques humaines fraîches auprès du département d’obstétrique de l’hôpital affilié à l’université de Nantong. Après un lavage avec une solution tampon phosphate (PBS), les membranes ont été soumises à des cycles de congélation-décongélation, puis traitées avec une solution de trypsine-EDTA pendant 12 heures pour éliminer les cellules épithéliales, obtenant ainsi une membrane amniotique humaine décellularisée (Human Acellular Amniotic Membrane, HAAM). Ensuite, la HAAM a été greffée chimiquement avec de l’anhydride méthacrylique (MA) pour former un complexe HAAM-MA. La greffe réussie de MA a été confirmée par analyse spectroscopique infrarouge (FTIR).

2. Préparation de l’hydrogel composite GelMA-HAAM-MA

La GelMA lyophilisée a été dissoute dans du PBS, chauffée à 70°C pour une dissolution complète, puis mélangée avec HAAM-MA et un photoamorceur, le phosphate de lithium phényle (2,4,6-triméthylbenzoyle). Le mélange a été irradié avec une lumière ultraviolette (395-480 nm) pour former un gel de 2 mm d’épaisseur. L’observation au microscope électronique à balayage (SEM) a révélé que l’hydrogel composite GelMA-HAAM-MA présentait une structure poreuse uniforme, avec une taille de pore moyenne de 26±9 µm, adaptée à la croissance et à la migration des cellules nerveuses.

3. Tests des propriétés mécaniques et de la dégradabilité de l’hydrogel composite

Les chercheurs ont effectué des tests de traction mécanique sur quatre matériaux : HAAM, HAAM-MA, GelMA et GelMA-HAAM-MA. Les résultats ont montré que GelMA-HAAM-MA présentait une charge maximale de 4,18±0,06 MPa et un module d’élasticité de 19,69±0,52 MPa, surpassant significativement les autres matériaux. De plus, GelMA-HAAM-MA s’est complètement dégradé en 15 jours, avec un taux de dégradation modéré, adapté à l’application dans la réparation des lésions de la moelle épinière.

4. Expériences cellulaires in vitro

Les chercheurs ont extrait des neurones de rats SD nouveau-nés et les ont co-cultivés avec l’hydrogel composite GelMA-HAAM-MA. Les résultats ont montré que l’hydrogel composite pouvait maintenir la viabilité des neurones et augmenter significativement leur taux de survie dans un environnement à faible nutrition. De plus, l’hydrogel composite a favorisé la prolifération et la migration des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs), démontrant une bonne capacité d’angiogenèse.

5. Expériences animales in vivo

Dans un modèle de lésion de la moelle épinière chez des rats SD, les chercheurs ont implanté l’hydrogel composite GelMA-HAAM-MA au niveau de la zone lésée. Quatre semaines après l’opération, l’observation des coupes histologiques et des colorations immunofluorescentes a révélé que l’hydrogel composite réduisait significativement la formation de tissu cicatriciel et favorisait la croissance de nouveaux neurones. De plus, les scores de récupération de la fonction motrice (score BBB) des rats ont augmenté de manière significative, indiquant que l’hydrogel composite avait un effet notable sur la réparation des lésions de la moelle épinière.

Résultats principaux

1. Préparation réussie de HAAM-MA : La greffe chimique a permis de conserver l’activité biologique de la membrane amniotique humaine tout en améliorant ses propriétés mécaniques.
2. Propriétés mécaniques exceptionnelles de GelMA-HAAM-MA : La charge maximale et le module d’élasticité de l’hydrogel composite étaient significativement supérieurs à ceux de la GelMA pure et de la HAAM, ce qui le rend adapté à une présence stable à long terme dans la zone lésée de la moelle épinière.
3. Soutien des neurones : GelMA-HAAM-MA a pu maintenir la viabilité des neurones et augmenter significativement leur taux de survie dans un environnement à faible nutrition.
4. Capacité d’angiogenèse : L’hydrogel composite a favorisé la prolifération et la migration des HUVECs, démontrant une bonne capacité de formation de nouveaux vaisseaux sanguins.
5. Effet de réparation in vivo : Dans le modèle de lésion de la moelle épinière chez les rats SD, GelMA-HAAM-MA a significativement réduit la formation de tissu cicatriciel et favorisé la croissance de nouveaux neurones, avec une amélioration notable des scores de récupération de la fonction motrice.

Conclusion et signification

Cette étude a réussi à préparer un nouvel hydrogel composite photocroisé GelMA-HAAM-MA, qui présente non seulement des propriétés mécaniques exceptionnelles, mais peut également simuler efficacement le microenvironnement de la matrice extracellulaire dans la zone lésée de la moelle épinière, favorisant la régénération nerveuse et l’angiogenèse. Les expériences in vitro et in vivo ont démontré une bonne biocompatibilité et un effet réparateur, offrant un matériau biologique prometteur pour le traitement des lésions de la moelle épinière.

Points forts de la recherche

1. Conception innovante du matériau : En combinant la greffe chimique et la technologie de photocroisement, la membrane amniotique humaine a été intégrée avec succès à la GelMA, produisant un hydrogel composite aux propriétés mécaniques et biologiques exceptionnelles.
2. Effet réparateur multifonctionnel : L’hydrogel composite peut non seulement favoriser la régénération nerveuse, mais aussi inhiber la formation de cicatrices et promouvoir l’angiogenèse, démontrant un effet réparateur multifonctionnel.
3. Effet réparateur in vivo significatif : Dans le modèle de lésion de la moelle épinière chez les rats SD, l’hydrogel composite a significativement amélioré les scores de récupération de la fonction motrice, montrant un potentiel clinique prometteur.

Autres informations utiles

Le succès de cette étude ouvre de nouvelles perspectives pour la réparation des lésions de la moelle épinière. À l’avenir, il sera possible d’optimiser davantage le taux de dégradation et l’effet inhibiteur des cicatrices de l’hydrogel composite pour mieux répondre aux besoins cliniques. De plus, la méthode de préparation de ce matériau fournit une référence pour le développement d’autres matériaux d’ingénierie tissulaire.