Inspirés par les sutures développées il y a des milliers d’années, les ingénieurs du MIT ont conçu des sutures « intelligentes » qui peuvent non seulement maintenir les tissus en place, mais aussi détecter l’inflammation et libérer des médicaments.
Les nouvelles sutures sont dérivées de tissus animaux, similaires aux sutures « catgut » utilisées pour la première fois par les anciens Romains. Dans une tournure moderne, l’équipe du MIT a recouvert les sutures d’hydrogels qui peuvent être intégrés à des capteurs, des médicaments ou même des cellules qui libèrent des molécules thérapeutiques.
Ce que nous avons, c’est une suture biodérivée et modifiée avec un revêtement d’hydrogel capable d’être un réservoir pour des capteurs d’inflammation ou pour des médicaments tels que des anticorps monoclonaux pour traiter l’inflammation. Remarquablement, le revêtement a également la capacité de retenir les cellules qui sont viables pendant une période prolongée. »
Giovanni Traverso, professeur agrégé de génie mécanique au MIT, gastro-entérologue au Brigham and Women’s Hospital et auteur principal de l’étude
Les chercheurs envisagent que ces sutures pourraient aider les patients atteints de la maladie de Crohn à guérir après une intervention chirurgicale pour retirer une partie de l’intestin. Les sutures pourraient également être adaptées pour être utilisées pour guérir des plaies ou des incisions chirurgicales ailleurs dans le corps, selon les chercheurs.
Les anciens post-doctorants du MIT Jung Seung Lee et Hyunjoon Kim sont les principaux auteurs de l’article, qui paraît aujourd’hui dans la revue Matière.
Inspiré du catgut
Sutures de catgut – ; qui sont fabriqués à partir de brins de collagène purifié provenant de vaches, de moutons ou de chèvres (mais pas de chats) – ; forment des nœuds solides qui se dissolvent naturellement en 90 jours environ. Bien que des sutures résorbables synthétiques soient également disponibles, le catgut est encore utilisé dans de nombreux types de chirurgie.
Traverso et ses collègues voulaient voir s’ils pouvaient s’appuyer sur ce type de suture dérivée de tissus pour créer un matériau qui serait résistant et résorbable, et qui aurait des fonctions avancées telles que la détection et l’administration de médicaments.
De telles sutures pourraient être particulièrement utiles pour les patients atteints de la maladie de Crohn qui doivent se faire retirer une partie de l’intestin en raison d’un blocage dû à une cicatrisation excessive ou à une inflammation. Cette procédure nécessite de refermer les deux extrémités laissées après le retrait d’une section de l’intestin. Si ce joint ne tient pas fermement, cela peut entraîner des fuites dangereuses pour le patient.
Pour aider à réduire ce risque, l’équipe du MIT a voulu concevoir une suture qui pourrait non seulement maintenir le tissu en place, mais aussi détecter l’inflammation, un signe avant-coureur que les intestins refermés ne guérissent pas correctement.
Les chercheurs ont créé leurs nouvelles sutures à partir de tissu de porc, qu’ils ont « décellularisé » à l’aide de détergents, afin de réduire les risques d’induction d’inflammation dans le tissu hôte. Ce processus laisse derrière lui un matériau acellulaire que les chercheurs appellent « De-gut », qui contient des protéines structurelles telles que le collagène, ainsi que d’autres biomolécules présentes dans la matrice extracellulaire qui entoure les cellules.
Après avoir déshydraté le tissu et l’avoir tordu en brins, les chercheurs ont évalué sa résistance à la traction – ; une mesure de l’étirement qu’il peut supporter avant de se casser – ; et a constaté qu’il était comparable aux sutures de catgut disponibles dans le commerce. Ils ont également découvert que les sutures De-gut induisaient beaucoup moins de réponse immunitaire des tissus environnants que le catgut traditionnel.
« Les tissus décellularisés ont été largement utilisés en médecine régénérative avec leur superbe biofonctionnalité », déclare Lee. « Nous proposons maintenant une nouvelle plate-forme pour effectuer la détection et la livraison à l’aide de tissus décellularisés, ce qui ouvrira de nouvelles applications de matériaux dérivés de tissus. »
Applications intelligentes
Ensuite, les chercheurs ont entrepris d’améliorer le matériau de suture avec des fonctions supplémentaires. Pour ce faire, ils ont recouvert les sutures d’une couche d’hydrogel. Au sein de l’hydrogel, ils peuvent embarquer plusieurs types de fret – ; des microparticules capables de détecter une inflammation, diverses molécules médicamenteuses ou des cellules vivantes.
Pour l’application du capteur, les chercheurs ont conçu des microparticules recouvertes de peptides qui sont libérés lorsque des enzymes associées à l’inflammation appelées MMP sont présentes dans les tissus. Ces peptides peuvent être détectés à l’aide d’un simple test d’urine.
Les chercheurs ont également montré qu’ils pouvaient utiliser le revêtement d’hydrogel pour transporter des médicaments utilisés pour traiter les maladies inflammatoires de l’intestin, notamment un stéroïde appelé dexaméthasone et un anticorps monoclonal appelé adalimumab. Ces médicaments étaient transportés par des microparticules fabriquées à partir de polymères approuvés par la FDA tels que le PLGA et le PLA, qui sont utilisés pour contrôler le taux de libération des médicaments. Selon les chercheurs, cette approche pourrait également être adaptée pour administrer d’autres types de médicaments tels que des antibiotiques ou des médicaments de chimiothérapie.
Ces sutures intelligentes pourraient également être utilisées pour délivrer des cellules thérapeutiques telles que des cellules souches. Pour explorer cette possibilité, les chercheurs ont intégré les sutures avec des cellules souches conçues pour exprimer un marqueur fluorescent et ont découvert que les cellules restaient viables pendant au moins sept jours lorsqu’elles étaient implantées chez des souris. Les cellules étaient également capables de produire le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF), un facteur de croissance qui stimule la croissance des cellules sanguines.
Les chercheurs travaillent actuellement à tester plus avant chacune de ces applications possibles et à intensifier le processus de fabrication des sutures. Ils espèrent également explorer la possibilité d’utiliser les sutures dans des parties du corps autres que le tractus gastro-intestinal.
Les autres auteurs de l’article sont Gwennyth Carroll, Gary Liu, Ameya Kirtane, Alison Hayward, Adam Wentworth, Aaron Lopes, Joy Collins, Siid Tamang, Keiko Ishida, Kaitlyn Hess, Junwei Li et Sufeng Zhang.
La recherche a été financée par le Leona M. et Harry B. Helmsley Charitable Trust, le Département de génie mécanique du MIT, la Fondation nationale de recherche de Corée et un Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales Ruth L. Kirschstein NRSA Fellowship.
