Amélioration de l'immunomodulation et de l'ostéointégration des implants osseux par auto-assemblage de plasma riche en plaquettes activé par la thrombine

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Amélioration de l’immunomodulation et de l’ostéointégration des implants osseux : Détails sur la technique d’auto-assemblage de PRP (plasma riche en plaquettes) activée par la thrombine

Introduction

Pour relever les défis liés à la réparation des défauts osseux, les implants osseux jouent un rôle crucial en médecine moderne. Cependant, les matériaux existants comme le Polyétheréthercétone (PEEK), malgré leurs avantages en termes de stabilité chimique, de module d’élasticité et de compatibilité avec les techniques d’imagerie, présentent un obstacle majeur : l’inertie biologique. Cette inertie biologique entrave l’intégration des implants avec les tissus osseux environnants, pouvant entraîner des inflammations postopératoires, une résorption osseuse ou même une défaillance de l’implant.

Pour résoudre ce problème, l’introduction de substances bioactives sur la surface des implants est souvent utilisée. Cependant, ces substances exogènes posent des contraintes significatives, notamment un rejet immunitaire potentiel ou des impacts négatifs sur les propriétés mécaniques des surfaces traitées. D’autre part, le plasma riche en plaquettes (PRP), un liquide biologique auto-dérivé, présente un potentiel immense grâce à sa richesse en facteurs de croissance (comme le facteur de croissance transformant TGF, le facteur de croissance dérivé des plaquettes PDGF et le facteur de croissance endothélial vasculaire VEGF). Il est largement reconnu pour stimuler l’ostéogénèse, l’angiogénèse et l’immunomodulation. Cependant, une fixation efficace du PRP sur la surface PEEK afin de former une couche de gel capable de libérer durablement ces facteurs reste un défi scientifique majeur.

Afin de surmonter cette difficulté, cette étude explore pour la première fois la greffe de thrombine, une protéase multifonctionnelle, sur la surface PEEK en utilisant des liaisons chimiques. Cette greffe conserve l’activité enzymatique de la thrombine, permettant ainsi à la PRP de s’auto-assembler en gel sur la surface PEEK. Étant donné que la thrombine joue un rôle clé dans l’activation de la PRP, la protection de sa structure moléculaire et de ses sites actifs est essentielle au succès de cette approche.

Sources et informations des auteurs

Cette étude a été réalisée par Xiaotong Shi, Zongliang Wang et leurs collègues, affiliés à l’Institut de chimie appliquée de Changchun (Académie chinoise des sciences), à l’Hôpital d’amitié affilié à l’Université médicale de la capitale de Pékin, et au Premier hôpital de l’Université Jilin. Publiée en 2025, elle apparaît dans la prestigieuse revue Advanced Healthcare Materials (Adv. Healthcare Mater.).

Explications détaillées de la méthodologie

1. Greffe de thrombine sur la surface PEEK

Dans la première phase, plusieurs étapes chimiques ont été effectuées pour fixer solidement la thrombine sur la surface PEEK :

  • Activation de la surface PEEK : Du papier de verre de grain 220 a été utilisé pour modifier mécaniquement la surface, créant une structure rugueuse destinée à améliorer l’adhérence des modifications ultérieures.

  • Hydroxylation de la surface : La borohydrure de sodium a été utilisée pour activer la surface, transformant les groupes carbonyls en groupes hydroxyles, suivie d’une activation supplémentaire à l’aide du carbonate de disuccinimidyle (DSC) pour générer des groupes chimiques réactifs.

  • Fixation de la thrombine : La thrombine a été greffée avec des concentrations variées (50, 100 et 200 U/ml), avec une réaction de 24 heures, produisant une surface PEEK modifiée à la thrombine (SP-PK-THR).

2. Caractérisation des effets de modification

À l’aide de diverses techniques comme la microscopie électronique à balayage (SEM), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), des mesures d’angle de contact hydrofuge et des tests d’activité enzymatique, les résultats montrent :

  • La microstructure de la surface a subi des changements significatifs avec les modifications (observations SEM et EDX indiquant une augmentation notable de l’azote).
  • La concentration optimale pour la thrombine est de 100 U/ml, des concentrations supérieures n’améliorant ni l’activité enzymatique ni son adhérence.

3. Auto-assemblage de gel PRP sur la surface PEEK

Avec la thrombine greffée, la PRP a été activée sur la surface PEEK en utilisant différentes concentrations de plaquettes enrichies (1, 3 et 5 fois) pour évaluer leur comportement d’auto-assemblage :

  • Caractéristiques de l’auto-assemblage : Les images SEM confirment qu’à faible concentration, peu de gel se forme, mais qu’à 3 et 5 fois la concentration, des gels bien structurés avec une porosité développée se forment.

  • Libération de facteurs de croissance : Les tests ELISA révèlent que des gels PRP à forte concentration maintiennent une libération prolongée de VEGF et PDGF-BB pendant 16 jours.

Résultats et analyse

  1. Études cellulaires : Des essais sur cellules MC3T3-E1, HUVEC et RAW264.7 montrent que les surfaces PRP améliorent considérablement l’adhésion cellulaire, la prolifération et la migration, les meilleurs résultats étant observés à la concentration 5 fois.

  2. Ostéogenèse et angiogenèse :

    • Tests ALP et ARS : Une activité phosphatasique alcaline et une calcification augmentées ont été constatées après 7 et 14 jours.
    • Formation de canaux tubulaires : Les surfaces fonctionnalisées PRP stimulent significativement la formation de structures vasculaires.

  3. Immunomodulation : Les groupes PRP ont montré une réduction de l’expression d’iNOS et une augmentation de CD206, démontrant une polarisation macrophagique M2 favorable à la réparation des tissus et à la réduction de l’inflammation.

  4. Experiments in vivo : Dans un modèle de défaut tibial chez le rat, les surfaces PRP ont montré une augmentation notable des paramètres de BV/TV, Tb.N et Tb.Th. Les analyses histologiques révèlent une fluorescence accrue d’OCN et d’OPN autour des implants PRP, confirmant leur potentiel en reconstruction osseuse.

Interprétation et applications cliniques

Cette étude novatrice exploite la technologie de greffe de thrombine pour introduire les propriétés fonctionnelles de la PRP sur les implants en PEEK. Cela confère au matériau des avantages en biocompatibilité, en régénération tissulaire, ainsi qu’en immunomodulation. Les potentielles applications cliniques sont nombreuses :

  • Réparation des défauts osseux complexes ;
  • Développement d’implants nouvelle génération avec bioactivités prolongées ;
  • Exploitation optimale des matériaux biologiques auto-dérivés.

En synthétisant PRP et thrombine, ce travail pallie les limitations conventionnelles des matériaux implantaires et jette un pont vers l’adoption de nouveaux biomatériaux.

Points saillants

  1. Mise en œuvre pionnière de la technologie Thrombine-PRP pour modifier PEEK.
  2. Développement de voies d’optimisation pour une libération prolongée de facteurs de croissance.
  3. Amélioration des propriétés de surface avec une synergie entre ostéogenèse et angiogenèse.

Ce rapport démontre le potentiel des innovations biomatériales pour surmonter les défis actuels en médecine régénérative.