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Lorsque des dispositifs médicaux (tels que des stimulateurs cardiaques) ou des matériaux sont implantés dans le corps, ils déclenchent généralement une réaction de corps étranger dans le corps, provoquant l'adsorption de protéines à la surface de l'appareil et le recrutement de cellules immunitaires, telles que les macrophages et les neutrophiles, pour se rassembler. à la surface du matériau.

L'accumulation de cellules fibreuses pour obtenir un dépôt de collagène peut facilement former une fibrose, ce qui entraîne un entourement excessif du dispositif par du tissu fibreux pour former une barrière physique, provoquant ainsi la perte de la capacité du matériau à échanger des informations avec le tissu ou à libérer des facteurs de signalisation.

Les méthodes basées sur la modification chimique de la surface du dispositif ou sur l'administration d'anti-inflammatoires peuvent réduire dans une certaine mesure la formation de fibrose, mais elles ne peuvent pas supprimer complètement ce phénomène à long terme.

Récemment, le professeur Zhao Xuanhe et le Dr Wu Jingjing du Massachusetts Institute of Technology aux États-Unis ont découvert pour la première fois un matériau adhésif non fibreux capable de lier les implants médicaux aux tissus environnants pour prévenir la fibrose après l'implantation du dispositif. comme porter l'appareil. La « cape d'invisibilité » bloque les attaques du système immunitaire et prolonge la durée de vie d'un tel équipement.

Figure 丨Le revêtement adhésif empêche la formation de capsule fibreuse à l'interface implant-tissu (Source : Nature)

Cette recherche utilise un adhésif hydrogel pour inhiber la formation de fibrose et devrait fournir des solutions pour l'application clinique d'un plus grand nombre de dispositifs médicaux implantés dans le corps pour un travail à long terme. Par exemple, protéger les équipements médicaux tels que l'administration de médicaments à long terme, l'administration de cellules et l'administration de capteurs dans le corps pour fournir des fonctions de traitement ou de diagnostic à long terme.

Le professeur David Mooney, académicien de la Troisième Académie des États-Unis et de l'Université Harvard, a commenté l'étude : « Une forte adhésion entre les dispositifs médicaux et les tissus peut éviter la formation de tissu fibreux. Il s'agit d'une découverte importante. Il existe de nombreuses applications potentielles dans ce domaine. dispositifs médicaux.

Récemment, un article connexe a été publié dans Nature [1] sous le titre « Interfaces adhésives anti-fibrotiques sur divers organes ».

Le Dr Jingjing Wu du MIT est le premier auteur, et le professeur Zhao Xuanhe et le Dr Hyunwoo Yuk sont les auteurs co-correspondants.

Figure丨Articles connexes (Source : Nature)

Dans des études antérieures sur l'utilisation de matériaux adhésifs pour réparer les défauts des tissus mous et des organes dans des environnements spéciaux, les chercheurs ont découvert que les matériaux adhésifs peuvent réparer rapidement les tissus défectueux et favoriser la cicatrisation des plaies [2-3].

Dans cette étude, des adhésifs non fibrotiques ont été introduits pour réduire l’adsorption de protéines non spécifiques (albumine, fibrinogène, etc.) dans l’organisme, réduisant ainsi l’infiltration d’un grand nombre de cellules inflammatoires.

Après avoir étudié les protéines immunitaires et la génomique, les chercheurs ont découvert que seul un petit nombre de facteurs de régulation inflammatoires augmentaient en 3 jours, mais que tous les facteurs inflammatoires étaient significativement réduits après 7 jours.

Wu Jingjing a expliqué : « Ceci est principalement dû à l'accumulation d'un petit nombre de neutrophiles à proximité de l'adhésif non fibrotique. L'expression du gène nos 2 a augmenté de manière significative en 1 à 3 jours, activant la réponse inflammatoire médiée par les neutrophiles et augmentant l'inflammation. Les facteurs G-CSF et IL-12p70 sont sécrétés en grande quantité.

Image 丨Wu Jingjing (Source : Wu Jingjing)

Grâce à la régulation propre de l'organisme, les facteurs inflammatoires peuvent rapidement s'atténuer en 7 jours, interrompant ainsi le processus de fibrose ultérieur. En tant que revêtement, les adhésifs non fibreux ne produiront plus de fibrose lorsque des dispositifs médicaux seront implantés dans le corps, garantissant ainsi leur existence et leur fonctionnement à long terme dans le corps.

Dans la phase initiale de la recherche, l’équipe de recherche a implanté des adhésifs dans les tissus et les organes au cours de l’expérience. Bien qu’il ait été observé que les adhésifs pouvaient inhiber la formation de fibrose, il n’existait à l’époque aucune compréhension approfondie du mécanisme immunitaire sous-jacent. ce phénomène anormal.

Figure 丨Réaction en chaîne par polymérase quantitative et analyse Luminex de l'interface adhésive de l'implant (Source : Nature)

Afin d'explorer le mécanisme immunologique derrière ce phénomène, l'équipe et leurs collaborateurs ont analysé le mécanisme immunologique derrière ce phénomène grâce à une série de méthodes de caractérisation biologique, notamment l'immunofluorescence, la réaction en chaîne par polymérase quantitative, la technologie de séquençage du transcriptome et d'autres technologies.

Les chercheurs ont également comparé plusieurs groupes témoins et découvert un phénomène : si le matériel et les tissus du groupe adhèrent étroitement, la mémoire des cellules inflammatoires sera réduite. Si le même matériau ne possède pas de propriétés adhésives, des cellules inflammatoires peuvent quand même pénétrer entre le matériau et le tissu, provoquant une réaction inflammatoire et la formation d'une fibrose.

Wu Jingjing a déclaré : « Nous avons constaté que des cellules immunitaires telles que les neutrophiles ont commencé à infiltrer la zone implantée, mais l'attaque immunitaire a été rapidement supprimée, bloquant le processus de formation des tissus de fibrose. En trois mois, aucune fibrose n'a été implantée. maintenir toujours la transmission à long terme des signaux électriques.

Les adhésifs non fibreux sont des polymères composés de macromolécules telles que le chitosane ou l'alcool polyvinylique. Ils présentent les avantages d'une large gamme de sources, d'un prix bas et d'une grande douceur, et correspondent bien aux propriétés mécaniques des tissus humains.

Cette recherche résout le problème de longue date de la fibrose causée par une réaction à un corps étranger provoquée par des matériaux implantés dans le corps, qui trouble l'humanité depuis longtemps, permettant aux dispositifs ou matériaux médicaux d'agir longtemps dans le corps.

Actuellement, l’équipe a mené des expériences pour vérifier ses performances dans l’inhibition de la fibrose dans des modèles animaux de souris, de rats, de souris humaines et de porcs. Tels que la paroi abdominale, l'estomac, le côlon, le cœur et les poumons, etc., les adhésifs non fibreux présentent de larges perspectives d'application.

Face à cette découverte, l’équipe de recherche a ensuite développé un stimulateur cardiaque temporaire [4]. Wu Jingjing a vérifié que l'adhésif appliqué sur le stimulateur cardiaque et implanté chez les animaux (rats) peut continuer à agir dans l'organisme.

De plus, il peut stimuler électriquement le cœur et fournir une surveillance et une régulation stables des signaux électrophysiologiques, et devrait être utilisé pour traiter des problèmes cliniques tels que l'arythmie/l'infarctus du myocarde.

Figure 丨 Surveillance cardiaque continue et stimulation dans un modèle de rat (Source : Science Translational Medicine)

Nature a commenté l'étude [5]. Le principal point fort de cette étude est que le revêtement adhésif peut réduire la formation de tissu cicatriciel autour des implants en polymère souple - un effet que les auteurs ont démontré dans un certain nombre de modèles animaux sur lesquels des biomatériaux ont été implantés. dans ou sur divers organes.

La formation de tissu cicatriciel environnant est un problème courant pour les biomatériaux implantés qui affecte leur fonctionnalité, et ce que les chercheurs ont démontré est une avancée bienvenue pour résoudre ce problème important.

Wu Jingjing a déclaré : « Nous espérons réaliser la transformation technologique le plus rapidement possible et promouvoir son utilisation clinique dans les essais sur l'homme. Cependant, cela nécessite une approbation technique et éthique stricte, qui devrait être achevée dans les deux à trois prochaines années.

Références :

1.Wu, J., Deng, J., Theocharidis, G. et al. Interfaces adhésives antifibrotiques sur divers organes. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07426-9

2.Wu, J. et al. Un patch bioadhésif prêt à l'emploi pour la réparation sans suture des défauts gastro-intestinaux. Science Translational Medicine 14, abh2857(2022). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abh2857

3. Yuk, H., Wu, J., Sarrafian, TL et al. Scellement hémostatique rapide et indépendant de la coagulation par une pâte inspirée de la colle de balane. Nature Biomedical Medicine 5, 1131–1142 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00769-y

4.Deng, Y., Wu, J. et al. Une sonde de stimulation bioadhésive pour la surveillance et la stimulation cardiaques atraumatiques dans les modèles de rongeurs et de porcs. Science Translational Medicine 16, eado9003(2024). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.ado9003

5.https://www.nature.com/articles/d41586-024-02348-y

Opération/composition : He Chenlong

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