Authors: Christian Enrique García García
Source:  (preprint, 2022-06-14)
Field: Materials Science — Biomaterials

Electrofilage de systèmes polymères à base de chitosane pour la production de substrats nanostructurés. Caractérisation et application potentielle en ingénierie tissulaire L'ingénierie tissulaire représente une approche potentielle pour améliorer la réparation du cartilage, où une matrice extracellulaire (MEC) 3D artificielle est essentielle pour générer de nouveaux tissus. Les ECM natives peuvent être efficacement imitées par des membranes de nanofibres électrofilées, notamment en utilisant des polymères d'origine naturelle.Dans ce travail, des systèmes à base de chitosane (CS) (CS et CS/Hyaluronan (HA)) sont transformés, par électrofilage, en mats nanofibreux biocompatibles et biodégradables adaptés au développement des chondrocytes (CHCT). Les matériaux CS sont censés favoriser l'adhésion et la croissance des cellules, fournissant l’environnement adéquat pour la préservation du phénotype des CHCT.Des solutions homogènes de CS, HA et CS/HA sont préparées en utilisant de l’acide formique/eau comme solvant. La stabilité du complexe CS/HA est améliorée par un traitement thermique à 120°C. Après le traitement, la cristallisation du matériau et la formation de liaisons amides sont reliées aux modifications des propriétés physicochimiques.Pour permettre l'électrofilage, de l'oxyde de polyéthylène (PEO) est incorporé aux solutions de CS et HA. La teneur en PEO dans le mélange est fixée à 30 % pour obtenir des fibres de CS/PEO et CS/HA/PEO, dont les diamètres sont compris entre 100 et 200 nm. Plusieurs types de collecteurs permettent la production de matrices de fibres avec un arrangement visible selon la structure du collecteur. Des matrices de fibres à motifs sont produits et appliqués pour la culture de CHCT et l'observation de la morphologie cellulaire.Pour la culture cellulaire, l'importance de la stabilisation des fibres CS est mise en évidence. Des tests de prolifération cellulaire, réalisés sur des membranes de fibres de CS, ont révélé que les fibres conduisent à des taux de prolifération plus élevés par rapport aux films.La topographie des membranes de nanofibres de CS électrofilées pourrait avoir un impact sur les modèles de colonisation cellulaire. L'alignement des cellules dans certaines zones des fibres alignées est détecté. De même, la concentration des cellules est observée sur des zones du mat plus densément chargées en fibres.En comparant le développement des CHCT sur les substrats CS et CS/HA, on constate que la confluence cellulaire est atteinte plus tôt sur le CS/HA que sur le CS. Le développement cellulaire pourrait être impacté par la présence de HA, en tant que composant naturel de l'ECM, favorisant l'adhésion cellulaire sur les fibres CS/HA. Dans les deux cas, une viabilité élevée des CHCT (>90%) est détectée.Sur morphologie des cellules, les CHCT primaires conservent une forme ovale dans le cartilage. Cette forme est également observée pour les CHCT sur les matrices de CS et CS/HA. Au contraire, les cellules s'étalent lors de cultures en monocouche sur des surfaces planes (films et plaques). La préservation de la morphologie pourrait indiquer le maintien des caractéristiques natives des cellules.Comme alternative à l'implantation de cellules/substrats, la faisabilité d'injections intra-articulaires de suspensions de cellules/fibres est étudiée. Comme certains patients ne sont pas aptes à subir une intervention chirurgicale, l'approche injectable pourrait devenir un traitement viable pour la régénération du cartilage.En conclusion, l'optimisation du processus d'électrofilage et la caractérisation des matériaux ont permis l'utilisation de matelas de nanofibres stables pour le développement de CHCT en vue d'applications de réparation tissulaire. La compatibilité des matelas de fibres à base de CS est confirmée et l'efficacité du substrat est comparée en fonction de la topographie du matériau.Au vu des résultats prometteurs obtenus, les matrices de nanofibres CS et CS/HA peuvent être considérés comme des échafaudages potentiels, conservant des profils de prolifération adéquats et la forme native des cellules. Electrospinning ; Chitosan ; Tissue engineering ; Characterization (materials science) ; Materials science ; Nanotechnology ; Polymer science ; Chemical engineering ; Polymer ; Composite material ; Biomedical engineering ; Engineering Electrospun Nanofibers in Biomedical Applications