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Nanosenders pour régénérer la peau
La peau humaine est un organe complexe composé de trois couches qui remplit un certain nombre de fonctions essentielles, y compris la barrière protectrice contre les micro-organismes et la régulation de la température. En cas de blessure, ces couches déclenchent un processus de guérison coordonné, mais chez les patients atteints de diabète ou d'infections persistantes, ce processus peut se détériorer et les plaies devenir chroniques. Bien que les traitements standard (pansements et gazes) offrent une protection physique, ils sont passifs et ne résolvent pas le dysfonctionnement biologique sous-jacent. C'est pourquoi les nanoparticules sont étudiées comme une option innovante, car elles peuvent être des "ingénieurs" moléculaires capables de guider et d'améliorer le processus de guérison en interagissant directement avec les cellules.
Concevoir des nanoparticules pour la réparation des tissus
Une équipe internationale de chercheurs, composée de l'Université du Pays Basque et de POLYMAT, en collaboration avec l'Université de Charité de Berlin, a réalisé une avancée importante dans ce domaine : ils ont développé une nouvelle classe de nanoparticules spécialement conçues pour soutenir le processus de réparation complexe de la peau.
Ces nanoparticules ont été produites par un processus appelé couche par couche (layer by-layer), en plaçant les composés chimiques souhaités à la surface des particules couche par couche. Ce processus peut être comparé à la construction d'une petite sphère dans laquelle chaque couche a un objectif biologique ou chimique spécifique. Le résultat final est une structure similaire à l'oignon, puisqu'il est composé de plusieurs couches spécialisées qui sont enroulées autour d'un noyau central et graduées. Ces nanoparticules sont composées de polymères biodégradables et biocompatibles: ces matériaux sont naturellement dissous dans le corps au fil du temps sans provoquer d'effets biologiques nocifs. Cela les rend particulièrement prometteurs pour les applications médicales.
Cette ingénierie précise permet aux scientifiques de décider comment ils agiront après l'introduction de la particule dans le corps. Par exemple, certaines couches internes peuvent être utilisées pour protéger les médicaments, tandis que d'autres couches contrôlent le moment de libération de ces substances. La couche externe, au contraire, est conçue pour permettre aux cellules du corps de communiquer entre elles, agissant comme un petit ingénieur qui travaille avec précision à l'échelle microscopique.
Les chercheurs ont étudié l'influence de la couche externe ou "revêtement" de la nanoparticule. C'est la partie qui entre en contact direct avec les principales cellules de réparation de la peau, les kératinocytes. Ces cellules sont les plus abondantes de l'épiderme et sont les agents qui sont principalement responsables de la fermeture de la plaie et de la récupération de l'intégrité de la peau. Pour optimiser l'interaction entre les particules et les kératinocytes, les chercheurs ont étudié différents polysaccharides, de longues chaînes de molécules de sucre trouvées dans la nature. Ces sucres sont idéaux pour un usage médical en raison de leur degré élevé de biocompatibilité. En particulier, quatre polysaccharides ont été étudiés: l'acide hyaluronique, le triméthyle chitosane, le sulfate de dextran et le fucoïdane.
Les résultats de cette étude ont été frappants. Lorsque les nanoparticules étaient recouvertes de ces polysaccharides, en particulier l'acide hyaluronique, les cellules kératinocytes ont absorbé les nanoparticules en grandes quantités, atteignant parfois un taux d'absorption de 80% en 4 heures. Cette haute efficacité suggère que les cellules cutanées sont naturellement "syntonisées" pour détecter ces polysaccharides. Cette détection est due au fait que la surface d'une cellule est recouverte de protéines spécialisées qui agissent comme de petits capteurs. Lorsqu'ils rencontrent une structure sucrière connue, ils sont plus faciles à attacher.
Responsables du projet de recherche (de gauche à droite): Par Aitor Larrañaga, Maria Angela Motta et Marcelo Calderon.
Ces "petits ingénieurs" de nanoparticules font beaucoup plus qu'entrer dans la cellule. Ils favorisent activement le processus de renouvellement de la peau. En améliorant les interactions entre les cellules et les particules et en créant un environnement biologique plus favorable, ces nanoparticules aident les kératinocytes à se déplacer dans la zone de la plaie. Cette migration est une étape fondamentale nécessaire pour que la peau ferme un vide physique et récupère notre organe de protection.
Pour s'assurer que ces résultats s'appliquent à la médecine réelle, les chercheurs ont passé les tests de laboratoire de base et réalisé des expériences en utilisant des échantillons de peau humaine qu'ils ont prélevés sur des donneurs sains. Les résultats ont été particulièrement positifs pour les nanoparticules enrobées d'acide hyaluronique. Ces particules spécifiques ont considérablement amélioré la réparation des tissus, non seulement en aidant à former la couche d'une nouvelle cellule cutanée, mais aussi en stimulant la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins. Ce dernier point est essentiel, car les vaisseaux sanguins fournissent les nutriments et l'oxygène nécessaires à la survie et à la croissance de tout tissu. L'une des découvertes les plus intéressantes a été que l'application de l'acide hyaluronique sous sa forme brute n'apportait pas les mêmes avantages. Cela souligne l'importance de la conception de la nanoparticule. En enveloppant le polysaccharide dans un système structuré, il peut rester plus longtemps sur le site de la plaie, éviter une dégradation rapide et avoir une plus grande interaction avec les cellules.
Un nouveau chapitre pour la médecine régénérative
Ces découvertes nous conduisent vers un avenir où les traitements de plaies ne seront pas seulement des traitements passifs tels que les patchs et les pansements actuels, mais seront utilisés comme guides actifs du processus de guérison. En tant que petits ingénieurs, ces nanoparticules peuvent coordonner un large éventail d'événements biologiques nécessaires à une réparation réussie. Les scientifiques imaginent maintenant que ces nanoparticules peuvent être insérées dans des crèmes ou des gels pour être appliquées directement sur la plaie du patient. Un tel traitement serait facile à utiliser tout en offrant une thérapie très ciblée et efficace.
Plus loin, l'équipe de recherche étudie les moyens de rendre les nanoparticules encore plus efficaces. Une stratégie consiste à ajouter des molécules antimicrobiennes qui aident à prévenir les infections, l'une des principales raisons pour lesquelles les plaies deviennent chroniques, tout en reconstruisant la peau. Une autre stratégie consiste à insérer des protéines anti-inflammatoires. Au-delà du soin des plaies, ces nanoparticules suscitent un intérêt croissant pour leur rôle potentiel dans le traitement d'un large éventail de maladies.
À l'avenir, ces ingénieurs microscopiques peuvent transformer la dermatologie clinique en permettant de guérir les plaies plus rapidement, plus efficacement et avec moins de complications, tout en réduisant les coûts de santé en raccourcissant les temps de cicatrisation. Le prochain défi consistera à transférer ces technologies du laboratoire à la pratique clinique et, finalement, aux pharmacies. Dans ce contexte, POLYMAT participe au projet "Hydrogène intelligent pour la nanomédicine personnalisée" mené par I+Med pour créer des solutions thérapeutiques innovantes à travers le potentiel de ces biomatériaux avancés.
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