La fabrication d'un tissu prototype aux propriétés fonctionnelles proches des tissus naturels est cruciale pour une transplantation efficace. Les échafaudages d'ingénierie tissulaire sont généralement utilisés comme supports qui permettent aux cellules de former des structures de type tissu essentiellement nécessaires au bon fonctionnement des cellules dans des conditions proches du tissu tridimensionnel.

Les scientifiques du laboratoire de biotechnologie de l'Université fédérale de Kazan ont combiné des biopolymères chitosan et agarose (polysaccharides) et une protéine de gélatine pour produire des échafaudages d'ingénierie tissulaire et ont démontré l'amélioration de la résistance mécanique, une absorption d'eau et des propriétés thermiques plus élevées dans les hydrogels de chitosane-gélatine-agarose dopés à l'halloysite.

Chitosan, un biopolymère naturel biodégradable et chimiquement polyvalent, a été utilisé efficacement en antibactérien, antifongique, formulations anti-tumorales et immunostimulantes. Pour surmonter les inconvénients des échafaudages de chitosane pur tels que la fragilité mécanique et la faible résistance biologique, les échafaudages de chitosan sont généralement dopés avec d'autres composés de support qui permettent un renforcement mécanique, produisant ainsi des échafaudages composites biologiquement résistants.

L'agarose est un polysaccharide à base de galactose isolé à partir d'algues rouges, avec des propriétés mécaniques remarquables qui sont utiles dans la conception d'échafaudages d'ingénierie tissulaire.

La gélatine est formée à partir de collagène par hydrolyse (brisant la structure à triple hélice en molécules simple brin) et présente un certain nombre d'avantages par rapport à son précurseur. Il est moins immunogène par rapport au collagène et il conserve des séquences signal d'information favorisant l'adhésion cellulaire, migration, différenciation et prolifération.

Les irrégularités de surface des pores de l'échafaudage résultent de composants nanométriques insolubles; ceux-ci favorisent la meilleure adhérence des cellules sur les matériaux d'échafaudage, tandis que les charges de nanoparticules augmentent la résistance des composites. Ainsi, les chercheurs ont dopé des nanotubes d'halloysite dans une matrice de chitosane-agarose-gélatine pour concevoir les échafaudages cellulaires 3D implantables.

Les échafaudages résultants présentent une mémoire de forme lors de la déformation et ont la structure poreuse adaptée à l'adhésion et à la prolifération cellulaires, essentiel pour la fabrication de tissus artificiels. Des observations macroscopiques ont confirmé que tous les échantillons d'échafaudages présentent un comportement spongieux avec mémoire de forme et reconstitution de forme après déformation à la fois dans les états humides et secs.

Les expériences de gonflement ont indiqué que l'ajout d'halloysite peut grandement améliorer l'hydrophilie et le mouillage des échafaudages composites. L'incorporation de nanotubes d'halloysite dans les échafaudages augmente l'absorption d'eau et améliore par la suite la biocompatibilité. Les propriétés intrinsèques des nanotubes d'halloysite peuvent être utilisées pour améliorer la biocompatibilité des échafaudages par le chargement et la libération prolongée de différents composés bioactifs. Cela offre la perspective d'échafaudages avec des propriétés définies pour la différenciation dirigée des cellules sur des matrices en raison de la libération progressive de facteurs de différenciation.

Des expériences sur deux types de cellules cancéreuses humaines (A549 et Hep3B) montrent que l'adhésion et la prolifération cellulaires in vitro sur les nanocomposites se produisent sans modification de la viabilité et de la formation du cytosquelette.

Une évaluation plus poussée de la biocompatibilité et de la biodégradabilité in vivo chez le rat a confirmé que les échafaudages favorisent la formation de nouveaux vaisseaux sanguins autour des sites d'implantation. Les échafaudages montrent une excellente résorption dans les six semaines suivant l'implantation chez le rat. La néo-vascularisation observée dans le tissu conjonctif nouvellement formé placé près de l'échafaudage permet la restauration complète du flux sanguin.

Les résultats obtenus indiquent que les échafaudages dopés à l'halloysite sont biocompatibles comme démontré à la fois in vitro et in vivo. En outre, ils confirment le grand potentiel des échafaudages poreux nanocomposites chitosan-agarose-gélatine dopés à l'halloysite dans l'ingénierie tissulaire avec un potentiel pour l'administration soutenue de nanotubes de médicaments.