Le professeur adjoint Alireza Dolatshahi-Pirouz et ses collègues ont développé un hydrogel qui combine des matériaux synthétiques avec des cellules vivantes, et peut transformer les cellules souches en os sans ajouter de facteurs externes de croissance ou de différenciation.

Plus de 50 pour cent des femmes et 20 pour cent des hommes de plus de 50 ans subiront une fracture osseuse au cours de leur vie. Un moyen de prévenir ces fractures, en particulier dans les parties les plus sensibles du squelette, est l'administration de cellules souches au moyen d'un support injectable, qui protège les cellules sur le chemin dans le corps. En utilisant une approche combinatoire systématique, l'équipe de recherche a testé 63 hydrogels nano-ingénierie différents, et introduit un biomatériau optimal qui non seulement protège les cellules, mais aussi faciliter la différenciation spontanée des cellules souches en cellules osseuses. Généralement des facteurs de croissance externes et des facteurs de différenciation, ce qui peut être à la fois toxique pour le corps et aussi assez coûteux, sont nécessaires pour transformer les cellules souches en le type de cellules souhaité.

Soulagement des patients atteints d'ostéoporose

L'ostéoporose rend les os cassants et fragiles en raison de la perte de densité. Les patients atteints de ce type de maladie pourraient à l'avenir bénéficier de l'hydrogel nano-renforcé. Alireza Dolatshahi-Pirouz explique :« L'os est un tissu dynamique qui se construit continuellement, décomposé et reconstruit dans un processus appelé remodelage. Ce processus est contrôlé par de nombreux facteurs en interaction, et une fois cet équilibre rompu, le problème se pose. Lorsque nous vieillissons, un tel déséquilibre est souvent causé par des changements hormonaux, et est intensifié par nos cellules devenant moins efficaces et moins nombreuses. L'idée derrière ce nouveau système est d'apporter un échafaudage semi-synthétique dans le corps qui attire les cellules souches et fournit les conditions nécessaires pour les transformer en cellules osseuses, et ainsi, ramener l'équilibre au cycle de remodelage osseux."

63 combinaisons ont été testées

Pour former l'hydrogel, l'équipe a réticulé de l'acide hyaluronique, qui est un glucide présent dans la plupart des tissus humains et largement utilisé en génie tissulaire. Cet hydrogel en lui-même présente certains inconvénients, c'est cassant, a de mauvaises qualités portantes, et ne peut pas résister à beaucoup de force ou de choc externe.

Pour créer un matériau plus solide et plus durable, l'acide hyaluronique a été associé à un réseau d'alginate et renforcé par des nanomatériaux d'argile. Une telle combinaison conduit à un hydrogel beaucoup plus dur avec la rigidité appropriée, qui est encore suffisamment poreux pour maintenir le transport des nutriments à travers l'hydrogel.

Les combinaisons les plus prometteuses ont été testées sur leur capacité à former de nouvelles cellules osseuses, et des études in vitro ont montré que les hydrogels étaient capables de former de l'os minéralisé dans un environnement sans facteur de différenciation. Les résultats ont révélé que lorsque ces hydrogels chargés de cellules ont été déposés dans un défaut osseux modèle in vitro, une nouvelle formation osseuse s'est produite qui adhérait étroitement au défaut osseux. "Nous pensons que les matériaux nanoargileux spécifiques que nous utilisons fournissent la composition minérale requise, et donnent lieu à la transformation des cellules souches en tissu osseux, ", dit Alireza Dolatshahi-Pirouz.

L'étape suivante

Des essais cliniques sont en cours avec des collaborateurs en Espagne, où des hydrogels acellulaires sont implantés dans le corps. L'idée est que les hydrogels attireront les cellules souches dans le corps, et servent de petites usines produisant des cellules souches rajeunies et plus efficaces. "Cela pourrait aussi être vraiment cool d'incorporer de l'électronique dans l'hydrogel pour surveiller ce qui se passe dans le corps, par exemple dans le défaut osseux, et si les choses ne progressent pas selon le plan, nous pourrions stimuler l'hydrogel à travers l'interface électronique pour attirer plus de cellules souches ou stimuler les cellules plus efficacement. En tant que tel, nous créerions une boucle de rétroaction pour suivre les progrès et stimuler le système en fonction des commentaires, " a ajouté le professeur adjoint Alireza Dolatshahi-Pirouz.

Les résultats ont été publiés dans Matériaux et interfaces appliqués ACS dans un article intitulé « Dépistage combinatoire d'hydrogels renforcés de nanoargile :un aperçu du « Saint Graal » dans la thérapie par cellules souches orthopédiques ? »