Une découverte par des chercheurs de l'Université de Sydney pourrait sous-tendre une nouvelle classe de dispositifs implantables qui fournissent des signaux biologiques aux tissus environnants pour une meilleure intégration avec le corps et un risque d'infection réduit.

La médecine moderne repose de plus en plus sur des dispositifs biomédicaux implantables mais leur efficacité est souvent limitée en raison d'une intégration infructueuse avec le tissu hôte ou du développement d'infections incurables, nécessitant le remplacement de l'appareil par une chirurgie de révision.

L'équipe du Laboratoire de physique appliquée des plasmas et d'ingénierie des surfaces a développé des techniques pratiques pour guider et attacher les peptides aux surfaces; des simulations informatiques et des expériences ont démontré le contrôle de l'orientation des peptides et de la concentration en surface, ce qui peut être réalisé en appliquant un champ électrique comme celui délivré par une petite batterie domestique.

Les résultats sont publiés aujourd'hui dans Communication Nature .

L'auteure correspondante, professeure de physique appliquée et d'ingénierie de surface, Marcela Bilek, a déclaré que les revêtements en biomatériaux peuvent masquer les dispositifs implantés et imiter les tissus environnants.

"Le Saint Graal est une surface qui interagit de manière transparente et naturelle avec le tissu hôte par le biais de la signalisation biomoléculaire, " a déclaré le professeur Bilek, qui est membre du Nano Institute de l'Université de Sydney et du Centre Charles Perkins.

Une fixation robuste des molécules biologiques à la surface du bio-dispositif est nécessaire pour y parvenir, comme permis par les processus uniques de modification de surface développés par le professeur Bilek.

« Bien que les protéines aient été utilisées avec succès dans un certain nombre d'applications, ils ne survivent pas toujours aux traitements de stérilisation sévères - et introduisent le risque de transfert d'agents pathogènes en raison de leur production dans des micro-organismes, " dit le professeur Bilek.

Professeur Bilek - avec le Dr Behnam Akhavan de la School of Aerospace, Génie mécanique et mécatronique et l'École de physique et auteur principal doctorant, Lewis Martin de la School of Physics - explorent l'utilisation de segments protéiques courts appelés peptides qui, lorsqu'il est stratégiquement conçu, peut récapituler la fonction de la protéine.

M. Martin a déclaré que l'équipe était capable de régler l'orientation de biomolécules extrêmement petites (moins de 10 nanomètres de taille) sur la surface. « Nous avons utilisé du matériel spécialisé pour effectuer les expériences, mais les champs électriques pourraient être appliqués par toute personne utilisant un kit électronique domestique, " il a dit.

Le Dr Akhavan a déclaré qu'en supposant le soutien et le financement de l'industrie pour les essais cliniques, des implants améliorés pourraient être disponibles pour les patients d'ici cinq ans.

"L'application de notre approche va des implants osseux aux stents cardiovasculaires et aux vaisseaux sanguins artificiels, " a déclaré le Dr Akhavan.

"Pour les dispositifs implantables osseux, par exemple, de telles surfaces biocompatibles modernes bénéficieront directement aux patients souffrant de fracture osseuse, l'ostéoporose, et le cancer des os."

En raison de leur petite taille, les peptides peuvent être produits synthétiquement et ils sont résistants lors de la stérilisation. La principale difficulté dans l'utilisation des peptides est de s'assurer qu'ils sont attachés à des densités appropriées et dans des orientations qui exposent efficacement leurs sites actifs.

En utilisant des champs électriques appliqués et la chimie tampon, les chercheurs ont découvert plusieurs nouveaux leviers qui contrôlent l'attachement des peptides. La séparation de charge sur les peptides crée des moments dipolaires permanents qui peuvent être alignés avec un champ électrique pour fournir une orientation optimale des molécules et la quantité de peptide immobilisé peut également être ajustée par les interactions électrostatiques lorsque les peptides ont une charge globale.

Le document indique que ces connaissances sont utilisées pour concevoir des stratégies visant à créer une nouvelle génération de biomolécules synthétiques.

"Nos résultats mettent en lumière les mécanismes d'immobilisation des biomolécules qui sont extrêmement importants pour la conception de peptides synthétiques et la biofonctionnalisation de matériaux implantables avancés, " indique le journal.