La capacité de régénérer et de structurer les vaisseaux sanguins, véritables bouées de sauvetage s’étendant profondément dans les tissus mous, reste une étape insaisissable dans la médecine régénérative. Connue sous le nom de revascularisation tissulaire, la stimulation de la croissance des vaisseaux sanguins et la formation de motifs dans les tissus endommagés ou malades pourraient accélérer le domaine de la médecine régénérative, selon des chercheurs de Penn State.
Grâce à une subvention de 3 millions de dollars sur quatre ans accordée par le National Heart, Lung, and Blood Institute des National Institutes of Health, les chercheurs en génie chimique et en chirurgie reconstructive de l’État de Penn prévoient de développer une nouvelle façon d’aider à restaurer la perte de tissus mous chez les patients grâce à deux coordinations techniques de revascularisation.
« La revascularisation des tissus est un goulot d’étranglement pour la médecine régénérative », a déclaré le chercheur principal Amir Sheikhi, professeur adjoint de génie chimique au College of Engineering, qui a également une affiliation avec le génie biomédical. « Il s’agit d’un prix important pour l’ensemble du domaine, car nous espérons développer une manière fondamentalement nouvelle d’aborder le problème en utilisant une équipe transdisciplinaire. »
Lors de la réparation d’une blessure traumatique, les chirurgiens doivent être en mesure de rétablir rapidement le flux sanguin vers les greffes, les lambeaux et les échafaudages artificiels. Cependant, ce n’est pas toujours faisable en utilisant des techniques conventionnelles, selon les chercheurs.
Les chercheurs prévoient de combiner une classe de biomatériaux d’hydrogel granulaire à base de protéines mis au point par Sheikhi, avec une tactique microchirurgicale connue sous le nom de microponction vasculaire, développée par le co-chercheur principal Dino Ravnic, titulaire de la chaire Huck en médecine régénérative et sciences chirurgicales, professeur agrégé de chirurgie à le Penn State College of Medicine et un chirurgien plasticien au Penn State Health Milton S. Hershey Medical Center.
Échafaudages d’hydrogel en vrac – ; des réseaux polymères capables de retenir une grande quantité d’eau tout en conservant leur structure – ; ont été utilisés au cours des dernières décennies comme plate-forme pour restaurer les tissus mous lors d’une réparation chirurgicale, selon Sheikhi, mais ils souffrent souvent d’effets de vascularisation lents et aléatoires lors de l’implantation.
Pour répondre aux limites des hydrogels en vrac, Sheikhi a déclaré qu’il prévoyait de concevoir des échafaudages d’hydrogel granulaire à base de protéines en attachant des particules d’hydrogel à l’échelle microscopique les unes aux autres.
« En ajustant les espaces vides entre les particules d’hydrogel, nous pouvons réguler la façon dont les cellules interagissent les unes avec les autres et s’assemblent, guidant l’architecture des tissus et la formation de nouveaux vaisseaux sanguins », a déclaré Sheikhi.
Dans le même temps, les chercheurs mettront en œuvre la microponction vasculaire, où Ravnic et son équipe perforeront les vaisseaux sanguins avec des microaiguilles pour accélérer la formation de nouveaux vaisseaux sanguins. La petite taille des aiguilles garantit qu’il n’y a pas de coagulation du sang ou de saignement important.
« Notre approche microchirurgicale permet la formation ciblée de vaisseaux sanguins sans l’utilisation de facteurs de croissance ou de molécules ajoutés », a déclaré Ravnic. « Ceci est extrêmement pertinent pour faire progresser l’ingénierie tissulaire et également pour traiter les affections liées aux vaisseaux sanguins. »
Les chercheurs testeront d’abord leur approche en utilisant des cellules humaines cultivées in vitro à partir d’échantillons de patients. Une fois qu’ils auront établi une compréhension de base de l’approche au niveau cellulaire, ils la testeront sur des rongeurs.
La combinaison des deux techniques, prédisent les chercheurs, permettra à de nouveaux vaisseaux sanguins de se former rapidement d’une manière architecturalement organisée. La formation hiérarchique – ; l’organisation des vaisseaux sanguins de gros à moyen à petit – ; aide à réguler le flux sanguin, à diffuser l’oxygène et à moduler les cellules immunitaires dans les tissus mous reconstruits ou blessés.
« Les motifs des vaisseaux sanguins devraient ressembler à des branches d’arbres, avec un grand tronc se déployant en branches de plus en plus petites », a déclaré Sheikhi. « La raison en est que le sang doit s’écouler des vaisseaux principaux au plus profond des tissus à travers les capillaires. »
Shayn Peirce-Cottler, professeur et titulaire de la chaire de génie biomédical à l’Université de Virginie, collaborera à la subvention.
