Nano-Fibres Multi-Actives et Nanostructurées à base de Polyrotaxanes : Une nouvelle stratégie pour l’Ingénierie Tissulaire – FibRotaxanes

- Contexte :
Depuis des décennies, le traitement des maladies osseuses est un défi dû à la difficulté qu’a l'os à s’auto-réparer. Aucune thérapie efficace n’est actuellement disponible et les patients n’ont souvent que la possibilité d’être traités par implantation d’une jonction artificielle passive par voie chirurgicale.
Ainsi, l’ingénierie tissulaire appliquée à la régénération osseuse apparaît comme l’alternative la plus prometteuse. Le principe de cette méthode repose sur la promotion de la croissance cellulaire sur une structure 3D (le « scaffold ») à base d’un biomatériau. Dans cette approche, le « scaffold » joue un rôle actif puisqu’il doit guider la croissance de cellules, permettant ainsi la synthèse de la matrice extracellulaire ainsi que d'autres molécules biologiques et il doit également faciliter la formation de nouveaux tissus fonctionnels.

- Spécifications :
Les exigences nécessaires à la conception des « scaffolds » pour la régénération osseuse sont multiples. Tout d'abord, le matériau doit être biocompatible (non toxique vis-à-vis des cellules). Le « scaffold » doit également présenter une morphologie bien définie (nano-structuration) et montrer une grande surface spécifique. Une porosité élevée avec des tailles appropriées de pores est également nécessaire. Le « scaffold » doit avoir une tenue mécanique suffisante pour maintenir la structure des tissus. La biodégradabilité est aussi exigée pour le biomatériau permettant ainsi un taux de dégradation s’ajustant à la vitesse de formation du nouveau tissu. Le biomatériau doit également montrer de bonnes propriétés d'induction osseuse et de bio-minéralisation. En conclusion, le « scaffold » doit interagir efficacement notamment en améliorant l’adhésion des cellules, leur croissance, migration et fonction de différenciation.

- But principal du projet :
Le but de ce projet est de fabriquer des biomatériaux nano/micro fibreux/poreux actifs fonctionnels permettant l’adhésion et la prolifération des cellules, l’encapsulation et le relargage de composés actifs et la régénération osseuse à l'emplacement de l'implantation.
Afin d'atteindre cet objectif, des pseudo-polyrotaxanes (pPR) et des polyrotaxanes (PR) à base de poly(e-caprolactone) (PCL) et de cyclodextrines (CD) seront élaborés. En effet, les propriétés particulières des PR et pPR tels que leur structure topologique en collier de perles, leur propriété d’auto-assemblage à l’échelle nanométrique, le nombre élevé de groupes réactifs hydroxyle (portés par les CD) et finalement leur biocompatibilité/biodégradabilité permettront la fabrication de biomatériaux hautement structurés et fonctionnels. En outre, les PR et pPR seront mis en œuvre par un procédé d’électrospinning coaxial sous vide original développé au LIPHT permettant d’obtenir des « scaffolds » poreux/fibreux.

- Méthodologie :
Le projet présente un caractère multidisciplinaire fort. Grâce aux expertises et complémentarités des différents partenaires (LIPHT, LIONS, U977), nous proposons les étapes suivantes pour assurer le succès du projet :
- Synthèse des pPR et des PR et étude de leur structure.
- Fonctionnalisation. Des peptides seront greffés sur PR avant l’élaboration des scaffolds et après dans le cas des pPR.
- Elaboration de scaffolds poreux nano/micro structurés par electrospinning sous vide.
- Caractérisation des scaffolds pour la régénération osseuse.

Cette approche transversale permet aux partenaires d'intégrer ce projet dans leurs stratégies scientifiques. En outre, ce nouveau type de matériaux à base de polyrotaxanes devrait servir à d'autres applications de l’ingénierie tissulaire, des membranes ou encore des capteurs. Finalement, nous croyons que le projet « FibRotaxane » assurera une collaboration étroite et fructueuse entre les partenaires pour le développement de futurs biomatériaux pour des applications biomédicales.