Les biomatériaux peuvent être capables de soutenir la production d’hormones et d’aider à la cicatrisation des plaies
Cet article a été initialement publié dans le Northwestern University News Center.
Les scientifiques et ingénieurs de Northwestern Medicine ont inventé une gamme de « papiers de soie » bioactifs faits de matériaux dérivés d’organes suffisamment fins et flexibles pour se plier en un oiseau en origami. Les nouveaux biomatériaux peuvent potentiellement être utilisés pour soutenir la production d’hormones naturelles chez les jeunes patients atteints de cancer et favoriser la cicatrisation des plaies.
Les papiers de soie sont fabriqués à partir de protéines structurelles excrétées par les cellules qui donnent aux organes leur forme et leur structure. Les protéines sont combinées avec un polymère pour rendre le matériau souple.
Dans l’étude, des types individuels de papiers de soie ont été fabriqués à partir de protéines ovariennes, utérines, rénales, hépatiques, musculaires ou cardiaques obtenues en traitant des organes de porc et de vache. Chaque papier de soie avait des propriétés cellulaires spécifiques de l’organe à partir duquel il était fabriqué.
L’article décrivant le papier de soie et sa fonction a été publié le 7 août dans la revue Advanced Functional Materials.
« Cette nouvelle classe de biomatériaux a un potentiel pour l’ingénierie tissulaire et la médecine régénérative ainsi que pour la découverte de médicaments et la thérapeutique », a déclaré l’auteur correspondant Ramille Shah. « C’est polyvalent et chirurgicalement convivial. »
Shah est professeur adjoint de chirurgie à la Northwestern University Feinberg School of Medicine et professeur adjoint de science et d’ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering. Elle est également membre du Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology.
Les papiers de soie pourraient aider à la cicatrisation des plaies et à la fonction hormonale
Pour la cicatrisation des plaies, Shah pense que le papier de soie pourrait fournir un soutien et la signalisation cellulaire nécessaire pour aider à régénérer les tissus afin d’éviter les cicatrices et d’accélérer la guérison.
Les papiers de soie sont fabriqués à partir d’organes ou de tissus naturels. Les cellules sont éliminées, laissant les protéines structurelles naturelles – connues sous le nom de matrice extracellulaire – qui sont séchées en poudre et transformées en papiers de soie. Chaque type de papier contient des substances biochimiques résiduelles et une architecture protéique de son organe d’origine qui peuvent stimuler les cellules à se comporter d’une certaine manière.
Dans le laboratoire de la spécialiste de la reproduction Teresa Woodruff, le papier de soie fabriqué à partir d’un ovaire bovin a été utilisé pour faire pousser des follicules ovariens lorsqu’ils ont été cultivés in vitro. Les follicules (œufs et cellules productrices d’hormones) cultivés sur le papier de soie produisaient les hormones nécessaires au bon fonctionnement et à la maturation.
« Cela pourrait fournir une autre option pour restaurer la fonction hormonale normale chez les jeunes patients atteints de cancer qui perdent souvent leur fonction hormonale à la suite de la chimiothérapie et de la radiothérapie », a déclaré Woodruff, co-auteur de l’étude.
Une bande de papier ovarien avec les follicules pourrait être implantée sous le bras pour restaurer la production d’hormones chez les patients atteints de cancer ou même chez les femmes en ménopause.
Woodruff est directeur du Oncofertility Consortium et professeur Thomas J. Watkins Memorial d’obstétrique et de gynécologie à Feinberg.
Papiers tissu pour soutenir la croissance des cellules souches
De plus, le papier de soie fabriqué à partir de divers organes a soutenu séparément la croissance de cellules souches humaines adultes. Les scientifiques ont placé des cellules souches de moelle osseuse humaine sur le papier de soie, et toutes les cellules souches se sont attachées et se sont multipliées pendant quatre semaines.
« C’est un bon signe que le papier soutient la croissance des cellules souches humaines », a déclaré le premier auteur Adam Jakus, qui a développé les papiers de soie. « C’est un indicateur qu’une fois que nous commencerons à utiliser du papier de soie dans des modèles animaux, il sera biocompatible. »
Les papiers de soie se sentent et se comportent comme du papier de bureau standard lorsqu’ils sont secs, a déclaré Jakus. Jakus les empile simplement dans un réfrigérateur ou un congélateur. Il les a même pliés de manière ludique dans un oiseau en origami.
« Même lorsqu’ils sont mouillés, les papiers de soie conservent leurs propriétés mécaniques et peuvent être roulés, pliés, coupés et suturés aux tissus », a-t-il déclaré.
Jakus était boursier postdoctoral Hartwell dans le laboratoire de Shah pour l’étude et est maintenant directeur de la technologie et cofondateur de la start-up Dimension Inx, LLC, qui a également été cofondée par Shah. La société développera, produira et vendra des matériaux imprimables en 3D principalement pour des applications médicales. La propriété intellectuelle appartient à Northwestern University et sera concédée sous licence à Dimension Inx.
Une invention provoquée par un déversement accidentel
Un déversement accidentel d’encre d’impression 3D dans le laboratoire de Shah par Jakus a déclenché l’invention du papier de soie. Jakus tentait de fabriquer une encre ovarienne imprimable en 3D similaire aux autres matériaux imprimables en 3D qu’il avait précédemment développés pour réparer et régénérer les tissus osseux, musculaires et nerveux. Quand il est allé essuyer le déversement, l’encre des ovaires avait déjà formé une feuille sèche.
« Quand j’ai essayé de le ramasser, c’était fort », a déclaré Jakus. « J’ai tout de suite su que je pouvais fabriquer de grandes quantités de matériaux bioactifs à partir d’autres organes. L’ampoule s’est allumée dans ma tête. Je pourrais le faire avec d’autres organes.
« Il est vraiment étonnant que la viande et les sous-produits animaux comme les reins, le foie, le cœur et l’utérus puissent être transformés en biomatériaux semblables à du papier qui peuvent potentiellement régénérer et restaurer la fonction des tissus et des organes », a déclaré Jakus. « Je ne regarderai plus jamais un steak ou un filet de porc de la même façon. »
Monica Laronda, qui était boursière postdoctorale dans le laboratoire de Woodruff pendant l’étude, est également co-auteur. Elle est maintenant professeure adjointe de pédiatrie à Feinberg et chercheuse au Stanley Manne Children’s Research Institute, Ann & Robert H Lurie Children’s Hospital de Chicago. Laronda et Woodruff sont également membres du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de la Northwestern University.
