Un nouveau matériau transplantable électriquement actif qui peut aider à la repousse des cellules du cerveau et de la moelle épinière pourrait redéfinir les perspectives de guérison des patients qui subissent des blessures pouvant altérer leur vie ou qui souffrent de maladies neurodégénératives.
Le composite de cellulose piézoélectrique 3D, inventé par des experts de l'Université de Bath et de l'Université de Keele et détaillé dans un document de recherche publié aujourd'hui, peut être utilisé comme un « échafaudage » sur mesure dans lequel des cellules souches neurales (NSC) peuvent être administrées avec précision à une blessure. sites, aidant à réparer et régénérer efficacement les neurones et les tissus associés cruciaux pour la récupération.
L'équipe d'ingénieurs, de chimistes et de neuroscientifiques affirme que ce matériau offre le potentiel de créer de nouveaux traitements pour aider à restaurer les fonctions motrices, sensorielles ou cognitives des personnes ayant subi des lésions du système nerveux central (SNC) ou des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson. . Causées par un traumatisme au cerveau ou à la moelle épinière, les lésions du SNC touchent des millions de personnes dans le monde et comptent parmi les affections médicales les plus difficiles à traiter.
Le Dr Hamideh Khanbareh, maître de conférences au Département de génie mécanique de l'Université de Bath et membre du Centre pour les matériaux, processus et structures intégrés (IMPS), a déclaré : « Il s'agit d'un biomatériau révolutionnaire, qui a le potentiel de redéfinir les perspectives. de guérison après des lésions du système nerveux central ou des maladies neurodégénératives. Il offre l’espoir de futurs traitements qui pourraient aider les patients à retrouver des fonctions cruciales qui changent leur vie.
« Il offre également aux cliniciens la possibilité de créer des outils thérapeutiques pour traiter des affections de ce type et établit une nouvelle classe de biomatériaux polyvalents combinant des signaux mécaniques, électriques et biologiques.
« Comme pour toute nouvelle technologie médicale, il reste encore de nombreuses étapes à franchir pour passer du laboratoire au chevet du patient, mais nous sommes encouragés d'avoir pu créer un nouveau composite hautement sophistiqué et durable qui combine plusieurs qualités souhaitables et pourrait être utilisé. dans une gamme d’applications.
Le matériau multifonctionnel offre un potentiel thérapeutique
Détaillé dans une nouvelle recherche publiée aujourd'hui (6 janvier 2025) dans la revue Cell Reports Physical Science, le matériau composite est composé de particules piézo-céramiques de cellulose et de niobate de potassium et de sodium (KNN). Les implants « échafaudages » qui peuvent être créés avec cela ressemblent à de petits tubes ressemblant à du papier, qui pourraient être fabriqués sur mesure pour chaque patient.
La clé du potentiel clinique du composite réside dans sa nature polyvalente et multifonctionnelle, et l'utilisation de cellulose – un composant structurel largement disponible des plantes et des algues – signifie qu'il est hautement durable.
Créée grâce à un processus appelé coulée par congélation directionnelle, sa structure est optimisée pour encourager la croissance des cellules dans une direction spécifique – à mesure qu'elles se développent dans la moelle épinière – ce qui signifie qu'elles peuvent réparer et rejoindre les tissus endommagés par des blessures traumatiques, ainsi que réparer les voies électriques. qui transportent les signaux du cerveau. Le matériau est également poreux, avec de la place pour que de nouvelles cellules puissent se développer naturellement, imitant le réseau tridimensionnel du corps.
De plus, il est biodégradable par les enzymes et peut donc être dissous dans le corps une fois que l’implant a rempli sa fonction.
Plus important encore, les microparticules de céramique ont des propriétés piézoélectriques, ce qui signifie qu’elles créent une charge électrique lorsqu’elles sont soumises à un stress ou lors de mouvements corporels, donnant ainsi aux cellules souches la stimulation dont elles ont besoin pour se développer.
La combinaison de ces propriétés et la manière dont elles permettent de structurer un échafaudage rendent le matériau idéal comme véhicule pour la délivrance de cellules souches neurales et pour leur croissance et leur différenciation en cellules neurales fonctionnelles nécessaires à la réparation et à la récupération.
Les traitements sur mesure, une application potentielle
Le Dr Vlad Jarkov, chercheur au doctorat au département de chimie de Bath, était le principal chercheur de la recherche. Il affirme que ce matériau offre un potentiel important pour de futurs traitements sur mesure : « Une façon d'appliquer cela serait d'utiliser un scanner d'un site de blessure pour modéliser un implant 3D très précis qui pourrait répondre aux besoins spécifiques d'un patient en comblant avec précision les lacunes causées. par une blessure au cerveau ou à la moelle épinière.
« Il est très difficile de trouver un moyen de favoriser la croissance des cellules souches neurales, car elles comptent parmi les cellules les plus complexes de notre corps. Pour en arriver là, nous avons dû faire appel à diverses expertises – en génie mécanique, en chimie, en neurosciences et en science des matériaux.
« En tant que traitement médical avancé sur mesure, il nécessite des développements supplémentaires pour devenir une réalité dans nos hôpitaux, mais nous espérons que c'est le début d'une solution pour aider les nombreuses personnes dans le monde qui souffrent de lésions cérébrales et médullaires qui altèrent leur vie. .»
Le développement futur du composite et des implants comprendra des tests de biocompatibilité et d'efficacité, une optimisation plus poussée des matériaux et des méthodes de coulée par congélation et une augmentation de la fabrication, ainsi que l'approbation réglementaire.
