Des chercheurs russes du Centre fédéral de recherche clinique de médecine physico-chimique, l'Institut de physique et de technologie de Moscou, et l'Université d'État Lomonossov de Moscou a montré la possibilité de mélanger deux composants incompatibles - une protéine et un polymère - dans une fibre électrofilée. Publié dans Avances RSC , l'étude démontre également que le tapis résultant peut libérer progressivement la protéine. Les tapis mélangés contenant des protéines sont prometteurs pour des applications biomédicales comme les pansements pour brûlures et plaies, matrices pour l'administration et la libération de médicaments, et en génie tissulaire.

Électrofilage

Les tapis électrofilés constitués de fibres ultrafines ont de nombreuses applications. Ils peuvent être utilisés pour la filtration de liquides et de gaz, culture cellulaire, l'administration de médicaments, comme sorbants et matrices catalytiques, en tenue de protection, pansement antibactérien, et l'ingénierie tissulaire.

L'électrofilage est une méthode de fabrication de micro et nanofibres à partir de polymères qui implique l'utilisation d'un champ électrostatique. Sous une haute tension d'environ 20 kilovolts, une goutte de solution de polymère s'électrise et s'étire en une fine fibre une fois que la répulsion de Coulomb surmonte la tension superficielle.

La technique est assez souple et permet d'incorporer une gamme de composants dans des tapis électrofilés :micro- et nanoparticules de nature différente, nanotubes de carbone, colorants fluorescents, médicaments et agents antibactériens, mélanges de polymères et de biopolymères. De cette façon, les propriétés des tapis peuvent être affinées pour s'adapter à une application pratique spécifique.

Tapis polymères-protéines

Un tapis électrofilé est souvent fabriqué avec un polymère porteur, qui assure une formation de fibres stable et peut incorporer des composants supplémentaires. Pour les applications biomédicales, des polymères biodégradables et biocompatibles sont généralement nécessaires, et l'acide polylactique est parmi les plus courants. Le PLA est utilisé pour produire des emballages dégradables, fils chirurgicaux, des vis, et des épingles.

Le principal problème de l'utilisation du PLA en biologie et en médecine est sa nature hydrophobe, et donc une mauvaise adhérence cellulaire. Pour remédier à ce, le polymère est mélangé avec des protéines, car ils ne sont pas toxiques, hydrophile, naturellement métabolisé, et peuvent agir comme agents thérapeutiques.

Les chercheurs ont étudié des tapis mélangés constitués de PLA insoluble dans l'eau et d'une protéine globulaire hydrosoluble appelée albumine de sérum bovin, ou BSA. Des expériences dans un milieu aqueux ont montré que le composant protéique était libéré progressivement du tapis dans la solution. Spécifiquement, environ la moitié des protéines du tapis ont été dissoutes en une semaine. Cet effet suggère des applications possibles dans la libération prolongée de médicaments à base de protéines.

Pour prédire les propriétés des tapis mélangés, l'équipe a dû y étudier la distribution des protéines. La mise en garde est que la plupart des polymères ne se mélangent pas bien. Dans un système polymère-protéine-solvant, les composants ont tendance à se séparer en deux solutions. Bien que cela s'applique aux solutions PLA et BSA, l'électrofilage a permis aux chercheurs de surmonter la séparation de phases dans les tapis. Ils ont montré que les deux composants étaient présents dans chaque fibre avec trois méthodes analytiques indépendantes :la microscopie à fluorescence, Spectroscopie EDX, et la spectroscopie Raman.

"Les tapis mélangés polymères-protéines électrofilés ont de nombreuses applications possibles. En faisant varier la quantité de protéines, vous pouvez régler la vitesse à laquelle se produit la biodégradation du tapis. Les nombreux groupes fonctionnels de la protéine permettent de modifier la surface du tapis en y attachant des composés chimiques. Les tapis mélangés à base de protéines pourraient également être utilisés comme filtres sélectifs ou pour une libération prolongée de médicaments, par exemple, dans les pansements pour brûlures et plaies, ", a commenté le co-auteur de l'étude, Dmitry Klinov. Il est chercheur au département de médecine moléculaire et translationnelle du MIPT et chef du laboratoire de nanotechnologies médicales du Centre fédéral de recherche clinique en médecine physico-chimique de l'Agence fédérale de médecine et de biologie de Russie.