Les scientifiques de l’UNSW Sydney ont créé un nouveau matériau qui pourrait changer la façon dont les tissus humains peuvent être cultivés en laboratoire et utilisés dans des procédures médicales.
Le nouveau matériau appartient à une famille de substances appelées hydrogels, l’essence des substances « spongieuses » de la vie présentes dans tous les êtres vivants, comme le cartilage chez les animaux et dans les plantes comme les algues. Les propriétés des hydrogels les rendent très utiles dans la recherche biomédicale car ils peuvent imiter les tissus humains, permettant ainsi aux cellules de se développer en laboratoire.
Il existe également des hydrogels fabriqués par l’homme qui sont utilisés dans une large gamme de produits de base allant des aliments et cosmétiques aux lentilles de contact et aux matériaux absorbants, et plus récemment dans la recherche médicale pour sceller les plaies et remplacer les tissus endommagés. Bien qu’ils puissent fonctionner de manière adéquate comme remplisseurs d’espace favorisant la croissance des tissus, les hydrogels synthétiques ne parviennent pas à recréer les propriétés complexes des véritables tissus humains.
Mais dans un document de recherche publié dans Communications naturellesdes scientifiques de l’UNSW décrivent comment un nouvel hydrogel fabriqué en laboratoire se comporte comme un tissu naturel, avec un certain nombre de qualités surprenantes qui ont des implications pour la technologie médicale, alimentaire et manufacturière.
Le professeur agrégé Kris Kilian de l’École de science et d’ingénierie des matériaux et de l’École de chimie de l’UNSW affirme que le matériau hydrogel est composé de peptides très simples et courts, qui sont les éléments constitutifs des protéines.
« Le matériau est bioactif, ce qui signifie que les cellules encapsulées se comportent comme si elles vivaient dans des tissus naturels », explique le professeur A/Prof. dit Kilian.
« En même temps, le matériau est antimicrobien, ce qui signifie qu’il préviendra les infections bactériennes. Cette combinaison le place dans la position idéale pour les matériaux qui pourraient être utiles en médecine. Le matériau est également auto-cicatrisant, ce qui signifie qu’il se reformera. après avoir été écrasé, fracturé ou après avoir été expulsé d’une seringue. Cela le rend idéal pour la bio-impression 3D ou comme matériau injectable pour la médecine.
Découverte surprise pendant le confinement
Ashley Nguyen, titulaire d’un doctorat. étudiant à l’École de chimie de l’UNSW et premier auteur de l’article, a fait cette découverte pendant le confinement du COVID19 à l’aide de simulations informatiques. Nguyen recherchait des molécules qui s’auto-assemblent (où elles s’organisent spontanément sans intervention humaine) et est tombé sur le concept de « fermetures éclair en tryptophane ». Il s’agit de chaînes courtes d’acides aminés contenant plusieurs tryptophanes qui agissent comme une fermeture éclair pour favoriser l’auto-assemblage, qui ont été surnommées « Trpzip ».
« J’étais ravi d’identifier une séquence peptidique unique à l’aide de simulations informatiques qui pourraient former un hydrogel », explique Nguyen.
« Après notre retour au laboratoire, j’ai synthétisé le meilleur candidat et j’ai été ravi de le voir former un gel. »
Nguyen affirme que la découverte de cet hydrogel a le potentiel de constituer une alternative éthique aux matériaux naturels largement utilisés.
« Les hydrogels naturels sont utilisés partout dans la société, de la transformation alimentaire aux cosmétiques, mais ils nécessitent d’être récoltés sur des animaux, ce qui pose des problèmes éthiques », dit-elle.
« En outre, l’utilisation de matériaux d’origine animale est problématique chez l’homme en raison de la réponse immunitaire négative qui se produit. Avec Trpzip, nous disposons d’un matériau synthétique qui non seulement montre un potentiel dans de nombreux domaines où des matériaux naturels sont actuellement utilisés, mais pourrait également les surpasser. dans d’autres, comme la recherche clinique.
Résultats du monde réel
Pour tester la viabilité de Trpzip dans la recherche biomédicale, A/Prof. L’équipe de Kilian s’est associée au chercheur Dr Shafagh Waters de l’École des sciences biomédicales de l’UNSW Sydney, qui utilise Matrigel, un hydrogel récolté à partir de tumeurs de souris, pour la culture de tissus de patients dans le cadre de ses recherches.
« Le Matrigel présente certains inconvénients en recherche, car chaque lot est différent. Une alternative chimiquement définie pourrait être moins chère et plus uniforme, ce qui s’avérerait très bénéfique pour la recherche biomédicale », explique le Dr Waters.
Le professeur adjoint Kilian note que le secteur des matériaux naturels est une industrie qui pèse des milliards de dollars et affirme que l’équipe est désireuse d’explorer les voies de commercialisation.
« Nous pensons que les hydrogels Trpzip et les matériaux similaires offriront une alternative plus uniforme et plus rentable aux produits d’origine animale. Ce serait un résultat formidable si notre matériau réduisait le nombre d’animaux utilisés dans la recherche scientifique. »
La prochaine phase de recherche impliquera un partenariat avec l’industrie et des scientifiques cliniciens pour tester l’utilité des gels Trpzip dans la culture tissulaire et explorer des applications mettant en valeur les caractéristiques dynamiques uniques telles que la bio-impression 3D et la délivrance de cellules souches.
Plus d’information:
Ashley K. Nguyen et al, Assemblage hiérarchique de peptides de fermeture éclair du tryptophane dans des hydrogels bioactifs relaxants contre le stress, Communications naturelles (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-41907-1