Les nouveaux hydrogels à base de peptides sont très prometteurs pour les applications d’ingénierie tissulaire

Les échafaudages d’ingénierie tissulaire construits autour de peptides ultracourts offrent une nouvelle plate-forme pour étudier la régénération osseuse en laboratoire.

Les peptides développés à KAUST s’auto-assemblent en un hydrogel semblable à du cartilage qui imite la matrice naturelle qui sous-tend la formation osseuse dans le corps. Ses propriétés physiologiquement pertinentes permettent à ce biomatériau respectueux des cellules de soutenir la croissance et le développement des cellules précurseurs de la moelle osseuse. Il permet également aux vaisseaux sanguins tubulaires de prendre forme, ce qui est un élément essentiel de la santé et de la réparation des os.

Notre système est un modèle simple, efficace et robuste qui ressemble étroitement à l’architecture complexe du tissu osseux natif. En utilisant ces hydrogels à base de peptides, nous pouvons désormais créer des modèles de maladies en 3D pour l’ingénierie tissulaire, la recherche biomédicale et les tests de médicaments.

Salwa Alshehri, Ph.D. Élève

Les chercheurs de KAUST, dirigés par la professeure de bio-ingénierie Charlotte Hauser, avaient précédemment montré que leurs peptides ultracourts pouvaient être mélangés avec des cellules dans la buse d’une imprimante 3D pour créer un type de bioencre qui, une fois éjectée, se solidifierait instantanément sous les formes souhaitées2. Mais il n’était pas clair si le matériau synthétique pouvait supporter toute la complexité du développement osseux, qui comprend l’adhésion, la propagation et la différenciation des cellules souches spécifiques aux os, ainsi que l’incursion des vaisseaux sanguins nécessaires au transfert des nutriments et à l’élimination des déchets métaboliques.

Alshehri a mis la plate-forme à l’épreuve. Elle et Hauser, avec Ph.D. l’étudiant Hepi Hari Susapto, a affiné la rigidité de leurs hydrogels en modifiant la concentration de peptides dans leur mélange. Une fois qu’ils avaient les bonnes propriétés mécaniques pour la croissance osseuse, les chercheurs ont ensemencé les échafaudages avec des cellules souches mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse. À l’intérieur de ces constructions 3D, les cellules ont conservé leur capacité d’auto-renouvellement et, dans des conditions appropriées, pourraient se transformer en cellules d’ostéocyte formant des os.

L’équipe KAUST est ensuite allée plus loin. Les chercheurs ont ajouté des cellules prélevées dans des veines ombilicales humaines à leurs mini-échafaudages osseux et ont découvert que le matériau pouvait également soutenir un réseau dense de formation de vaisseaux sanguins. « Notre modèle a réussi à accueillir plus d’un type de cellule sans aucun compromis sur leur viabilité », explique Alshehri, qui espère maintenant développer des modèles de tissu osseux encore plus sophistiqués pour une évaluation dans des modèles animaux et, éventuellement, comme thérapie régénérative pour les patients atteints de maladie osseuse. .

Alshehri, Hauser et leurs collègues cherchent également à étendre la plate-forme à d’autres applications médicales, pas seulement à la régénération osseuse. « Comme les vaisseaux sanguins font partie intégrante des tissus natifs », dit Alshehri, « la culture réussie de cellules endothéliales en 3D au sein de ces hydrogels est très prometteuse pour les applications d’ingénierie tissulaire en général. »