Des chercheurs de l'Université Duke et de l'Université de Californie, Los Angeles, ont développé un biomatériau qui réduit considérablement la formation de cicatrices après une blessure, conduisant à une cicatrisation plus efficace de la peau. Ce nouveau matériau, qui se dégrade rapidement une fois la plaie refermée, démontre que l'activation d'une réponse immunitaire adaptative peut déclencher une cicatrisation régénérative des plaies, laissant une peau cicatrisée plus forte et plus saine.

Ce travail s'appuie sur les recherches antérieures de l'équipe avec des échafaudages d'hydrogel, qui créent une structure pour soutenir la croissance des tissus, accélérer la cicatrisation des plaies. Dans leur nouvelle étude, l'équipe a montré qu'une version modifiée de cet hydrogel active une réponse immunitaire régénérative, qui peut potentiellement aider à guérir les lésions cutanées comme les brûlures, coupes, ulcères diabétiques et autres plaies qui guérissent normalement avec des cicatrices importantes qui sont plus susceptibles de se blesser à nouveau.

Cette recherche paraît en ligne le 9 novembre 2020 dans la revue Matériaux naturels .

"Le corps forme du tissu cicatriciel aussi vite que possible pour réduire le risque d'infection, pour réduire la douleur, et, dans les plaies plus importantes, pour éviter les pertes d'eau par évaporation, " dit Maani Archang, un premier auteur sur le papier et un MD/Ph.D. étudiant dans les laboratoires Scumpia et Di Carlo à l'UCLA. "C'est un processus naturel de cicatrisation des plaies."

Les hydrogels cicatrisants actuellement disponibles pour une utilisation clinique reposent sur la surface de la plaie, où ils agissent comme un pansement et aident à prévenir le dessèchement de la plaie. Cela aide à son tour la plaie à guérir plus rapidement, généralement via la formation de cicatrices.

Dans leur 2015 Matériaux naturels papier, l'équipe de recherche, barré par Tatiana Segura de Duke et Dino Di Carlo de UCLA, développé des hydrogels de particules recuites microporeuses (MAP), qui sont un biomatériau à base de microparticules qui peuvent s'intégrer dans la plaie plutôt que de rester à la surface de la peau. Les billes du gel MAP se lient mais laissent des espaces ouverts, créant une structure poreuse qui fournit un support aux cellules lorsqu'elles se développent à travers le site de la plaie. Alors que la plaie se referme, le gel se dissout lentement, laissant une peau cicatrisée.

Bien que les hydrogels MAP aient permis une croissance cellulaire rapide et une réparation plus rapide, l'équipe a remarqué que la peau cicatrisée avait des structures complexes limitées comme les follicules pileux et les glandes sébacées. L'équipe était curieuse de savoir s'ils pouvaient modifier leur biomatériau pour améliorer la qualité de la peau cicatrisée.

"Auparavant, nous avions vu que lorsque la plaie commençait à cicatriser, le gel MAP a commencé à perdre de sa porosité, qui limitait la croissance du tissu à travers la structure, " dit Don Griffin, un professeur assistant à l'Université de Virginie qui est le premier auteur de l'article et un ancien boursier postdoctoral au Segura Lab. "Nous avons émis l'hypothèse que ralentir le taux de dégradation de l'échafaudage MAP empêcherait les pores de se fermer et fournirait un soutien supplémentaire au tissu au fur et à mesure de sa croissance, ce qui améliorerait la qualité du tissu."

Plutôt que de créer un gel entièrement nouveau avec de nouveaux matériaux, l'équipe s'est plutôt concentrée sur le lieur chimique qui a permis à l'échafaudage d'être naturellement décomposé par le corps. Dans leurs gels MAP originaux, ce lieur chimique est composé d'une séquence d'acides aminés extraite des propres protéines structurelles du corps et disposée dans une orientation chimique appelée chiralité L. Étant donné que cette séquence et cette orientation peptidiques sont courantes dans tout le corps, cela aide le gel à éviter de déclencher une forte réponse immunitaire, mais il permet également une dégradation aisée grâce aux enzymes naturellement présentes.

"Notre corps a évolué pour reconnaître et dégrader cette structure d'acides aminés, donc nous avons théorisé que si nous retournions la structure à son image miroir, qui est la chiralité D, le corps aurait plus de mal à dégrader l'échafaudage, " dit Segura, professeur de génie biomédical à Duke. "Mais quand nous mettons l'hydrogel dans une blessure de souris, le gel mis à jour a fini par faire exactement le contraire."

Le matériau mis à jour s'est intégré à la plaie et a soutenu le tissu pendant la fermeture de la plaie. Mais au lieu de durer plus longtemps, l'équipe a découvert que le nouveau gel avait presque entièrement disparu du site de la plaie, ne laissant que quelques particules.

Cependant, la peau cicatrisée s'est avérée plus forte et comprenait des structures cutanées complexes qui sont généralement absentes des cicatrices. Après une enquête plus approfondie, les chercheurs ont découvert que la raison de la guérison plus forte, malgré le manque de longévité, était une réponse immunitaire différente au gel.

Après une blessure à la peau, la réponse immunitaire innée du corps est immédiatement activée pour garantir que toutes les substances étrangères qui pénètrent dans le corps sont rapidement détruites. Si des substances peuvent échapper à cette première réponse immunitaire, la réponse immunitaire adaptative du corps se déclenche, qui identifie et cible le matériel envahissant avec plus de spécificité.

Parce que le gel MAP original a été fabriqué avec la structure commune du peptide L, il a généré une réponse immunitaire innée légère. Mais lorsque l'équipe a placé le gel reformulé dans une plaie, la chiralité étrangère D a activé le système immunitaire adaptatif, qui a créé des anticorps et activé des cellules, y compris des macrophages qui ont ciblé et éliminé le gel plus rapidement après la fermeture de la plaie.

« Il existe deux types de réponses immunitaires qui peuvent survenir après une blessure :une réponse destructrice et une réponse régénérative plus douce, " dit Sumpia, professeur adjoint à la division de dermatologie de UCLA Health et du West Los Angeles VA Medical Center. "Lorsque la plupart des biomatériaux sont placés dans le corps, ils sont murés par le système immunitaire et éventuellement dégradés ou détruits. Mais dans cette étude, la réponse immunitaire au gel a induit une réponse régénérative dans le tissu cicatrisé."

"Cette étude nous montre que l'activation du système immunitaire peut être utilisée pour faire pencher la balance de la cicatrisation des plaies, de la destruction des tissus et de la formation de cicatrices à la réparation des tissus et à la régénération de la peau, " dit Ségura.

En collaboration avec Maksim Plikus, un expert en tissus régénératifs à l'Université de Californie, Irvine, l'équipe a également confirmé que les structures clés, comme les follicules pileux et les glandes sébacées, se formaient correctement sur l'échafaudage. Lorsque l'équipe a creusé dans le mécanisme, ils ont découvert que les cellules du système immunitaire adaptatif sont nécessaires à cette réponse régénérative.

Alors que l'équipe continue d'étudier la réponse immunitaire régénérative à leur gel, ils explorent également la possibilité d'utiliser le nouvel hydrogel MAP comme plate-forme immunomodulatrice. "L'équipe explore maintenant le meilleur moyen de libérer des signaux immunitaires du gel pour induire la régénération de la peau ou développer l'hydrogel en tant que plate-forme vaccinale, " dit Sumpia.

"Je suis enthousiasmé par la possibilité de concevoir des matériaux qui peuvent interagir directement avec le système immunitaire pour soutenir la régénération des tissus", a déclaré Segura. "C'est une nouvelle approche pour nous."