L'ingénierie tissulaire, qui implique l'utilisation de greffons ou d'échafaudages pour faciliter la régénération cellulaire, apparaît comme une pratique médicale clé pour traiter la perte musculaire volumétrique (VML), une condition dans laquelle une quantité importante de tissu musculaire est perdue au-delà de la capacité de régénération naturelle du corps. Pour améliorer les résultats chirurgicaux, les greffes musculaires traditionnelles cèdent la place aux matériaux d'échafaudage artificiels, les nanoparticules de MXène (NP) se présentant comme une option prometteuse.
Les MXene NP sont des matériaux 2D principalement composés de carbures et de nitrures de métaux de transition. Ils sont hautement conducteurs d’électricité, peuvent s’adapter à un large éventail de groupes fonctionnels et possèdent des structures empilées qui favorisent les interactions cellulaires et la croissance musculaire. Bien que des démonstrations pratiques en laboratoire aient montré leur capacité à favoriser la reconstruction des muscles squelettiques, le mécanisme spécifique par lequel ils y parviennent reste flou.
Pour combler cette lacune, le professeur agrégé Yun Hak Kim du département d'anatomie et du département d'informatique biomédicale, aux côtés des professeurs Suck Won Hong et Dong-Wook Han du département d'ingénierie cogno-mécatronique de l'Université nationale de Pusan, ont développé des matrices nanofibreuses contenant des NP MXène. comme des échafaudages. Ils ont utilisé le séquençage de l'ADN pour révéler les gènes et les voies biologiques activées par les NP MXene pour faciliter la régénération musculaire.
Ces résultats, publiés dans Nano-Micro Letters , marquent une avancée significative dans l'utilisation des échafaudages MXene pour traiter les lésions musculaires.
"Cette découverte ouvre une voie prospective pour l'utilisation de ces matériaux pour augmenter l'efficacité de la régénération des tissus musculaires après une blessure ou un dommage", explique le professeur Kim.
Dans la phase initiale, l'équipe a créé une matrice PCM nanofibreuse contenant du poly(lactide-co-ε-caprolactone) (P), renforcée de collagène (C) et du Ti3. C2 Tx Nanoparticules de MXène (M). Pour déterminer l’effet spécifique des NP MXene sur la croissance musculaire, ils ont préparé trois contrôles :PLCL vierge (P), PLCL avec collagène (PC) et PLCL avec MXene (PM). En testant tous les échafaudages sur des modèles de souris présentant une perte musculaire volumétrique induite, les chercheurs ont observé une augmentation significative du nombre total de cellules musculaires chez les souris traitées au PCM par rapport aux autres groupes.
Pour comprendre l'impact des nanoparticules de MXène (NP) sur la régénération et la croissance musculaires au niveau moléculaire, les chercheurs ont introduit le C2 C12 myoblastes, précurseurs des cellules musculaires, sur des matrices PC et PCM. L'objectif était d'analyser les différences de niveaux d'expression génique entre les deux matrices. Au sein de la matrice PCM, une production accrue d'oxyde nitrique synthase inductible (iNOS) et de kinase 1 régulée par le sérum/glucocorticoïde (SGK1) a été identifiée, deux protéines étroitement associées à la signalisation calcique et à la régénération musculaire.
Ces résultats suggèrent que les MXènes favorisent l'ion calcium (Ca 2+ ) dépôt autour des cellules. Cela entraîne une augmentation des niveaux de Ca 2+ intracellulaire. déclenche l'activation des gènes qui produisent les protéines iNOS et SGK1. SGK1 influence la voie mTOR-AKT, favorisant la prolifération cellulaire, la survie et la myogenèse, soit la conversion des myoblastes en fibres musculaires. Simultanément, iNOS augmente la production d'oxyde nitrique (NO), contribuant ainsi à la prolifération des myoblastes et à la fusion des fibres musculaires.
Les effets combinés conduisent au développement de tissus musculaires matures. Les matrices nanofibreuses PCM alignées offrent des indices biophysiques pour la signalisation biochimique intracellulaire, guidant les comportements myogéniques. Cette découverte contribue à notre compréhension du potentiel du MXene à régénérer les muscles et est prometteuse pour affiner la conception des échafaudages afin d'améliorer davantage ce processus.
"D'ici 5 à 10 ans, cette recherche pourrait donner lieu à des traitements révolutionnaires pour les blessures musculaires. Les matrices infusées de MXene NP pourraient devenir une routine dans la pratique médicale pour les athlètes, les personnes souffrant de maladies musculaires et celles qui se remettent de traumatismes ou de chirurgies musculaires, " déclare le professeur Kim. "Ces NP pourraient améliorer les méthodes de régénération musculaire, offrant ainsi de meilleurs résultats pour les chirurgies reconstructives et des conditions telles que la dystrophie musculaire, où la fonction musculaire est compromise."
Les matrices infusées de MXene NP offrent un potentiel de personnalisation pour répondre à divers besoins dans le traitement des blessures liées à la perte musculaire. Cette personnalisation peut impliquer l'ajustement de la composition, de la structure ou des propriétés pour répondre aux exigences spécifiques du patient, comme la taille, la forme ou l'amélioration de la bioactivité. L'adaptation de ces matériaux pourrait offrir des solutions personnalisées à différents niveaux de perte musculaire. De plus, l'amélioration de la régénération musculaire observée pourrait contribuer à une récupération plus efficace, réduisant potentiellement les besoins de rééducation après le traitement.
Ces matrices, aux propriétés mécaniques contrôlables, sont prometteuses pour améliorer la régénération musculaire in vivo. Des recherches plus approfondies sur le MXene promettent des applications cliniques élargies, potentiellement bénéfiques pour le bien-être humain.
Plus d'informations : Moon Sung Kang et al, Matrices de nanofibres ternaires hautement alignées chargées de MXene pour accélérer la régénération de la perte musculaire volumétrique, Nano-Micro Letters (2024). DOI :10.1007/s40820-023-01293-1
Fourni par l'Université nationale de Pusan
