Les bio-ingénieurs et les dentistes de l'UCLA School of Dentistry ont développé un nouvel hydrogel qui est plus poreux et efficace pour favoriser la réparation et la régénération des tissus par rapport aux hydrogels actuellement disponibles. Une fois injecté dans un modèle de souris, il a été démontré que le nouvel hydrogel induit la migration des cellules souches naturelles pour mieux favoriser la cicatrisation osseuse. Les applications expérimentales actuelles utilisant des hydrogels et des cellules souches introduites dans le corps ou des agents biologiques coûteux peuvent entraîner des effets secondaires négatifs.

Les résultats, publié en ligne dans la revue Communication Nature , suggèrent que dans un avenir proche, la prochaine génération de systèmes d'hydrogel pourrait grandement améliorer les thérapies actuelles à base de biomatériaux pour réparer les défauts osseux.

Les hydrogels sont des biomatériaux constitués d'un réseau 3-D de chaînes polymères. En raison de la capacité du réseau à absorber l'eau et de ses similitudes structurelles avec les tissus vivants, il peut être utilisé pour délivrer des cellules dans des zones défectueuses afin de régénérer les tissus perdus. Cependant, la petite taille des pores des hydrogels limite la survie des cellules transplantées, leur expansion et la formation de nouveaux tissus, ce qui en fait moins qu'idéal pour régénérer les tissus.

Un matériau qui a fait son chemin dans le domaine des biomatériaux est le minéral naturel, argile. L'argile est devenue un additif idéal aux produits médicaux sans effets négatifs signalés. Il a été démontré qu'il est biocompatible et qu'il est facilement disponible.

L'argile est structurée en couches, avec la surface ayant une charge négative. La structure et la charge en couches uniques étaient importantes pour les chercheurs car leurs hydrogels avaient une charge positive ou opposée. Lorsque l'hydrogel a été inséré dans les couches d'argile, par un processus appelé chimie d'intercalation, le résultat final était un hydrogel enrichi en argile avec une structure beaucoup plus poreuse qui pourrait mieux faciliter la formation osseuse.

Une fois qu'ils ont eu leur hydrogel enrichi d'argile, les chercheurs ont utilisé un processus appelé photo-induction, ou l'introduction de la lumière, transformer leur nouveau biomatériau en gel, ce qui faciliterait l'injection dans leur modèle de souris.

Le modèle de souris présentait un défaut du crâne ne cicatrisant pas, que les chercheurs ont injecté avec leur hydrogel enrichi d'argile. Au bout de six semaines, ils ont découvert que le modèle montrait une guérison osseuse significative grâce à sa propre migration et croissance de cellules souches naturelles.

"Cette recherche nous aidera à développer la prochaine génération de systèmes d'hydrogel à haute porosité et pourrait grandement améliorer les matériaux de greffe osseuse actuels, " a déclaré l'auteur principal Min Lee, professeur de science des biomatériaux à l'UCLA School of Dentistry et membre du Jonsson Comprehensive Cancer Center. "Notre système d'hydrogel nanocomposite sera utile pour de nombreuses applications, y compris l'administration thérapeutique, porteurs de cellules et ingénierie tissulaire.

Des combinaisons injectables de cellules vivantes et de molécules bioactives utilisant des hydrogels seraient une application médicale privilégiée pour traiter les zones malsaines ou endommagées du corps plutôt qu'une chirurgie plus invasive.

Des recherches futures sont prévues pour apprendre comment les propriétés physiques des hydrogels nanocomposites affectent la migration des cellules et leur fonction, ainsi que la formation de vaisseaux sanguins.

Les autres auteurs de l'étude sont le co-premier auteur Zhong-Kai Cui, professeur adjoint de biologie cellulaire à la Southern Medical University en Chine; et le Dr Benjamin Wu, Dr Tara Aghaloo, Jessalyn Baljon et Soyon Kim, tout l'UCLA.

L'étude a été financée par l'Institut national de recherche dentaire et craniofaciale, l'Institut national de l'arthrite et des maladies musculo-squelettiques et cutanées, le département américain de la Défense et MTF Biologics. Les auteurs n'ont pas d'intérêts conflictuels.