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Nov 23, 2023

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Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 14497 (2022) Citer cet article 1080 Accès 2 Citations 1 Détails Altmetric Metrics Le biomimétisme des tissus et organes natifs nécessite le développement de

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14497 (2022) Citer cet article

1080 accès

2 citations

1 Altmétrique

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Le biomimétisme des tissus et organes natifs nécessite le développement d’hydrogels avancés. La structuration des surfaces d'hydrogel peut améliorer la fonctionnalité cellulaire et l'efficacité thérapeutique des implants. Par exemple, la nanostructuration de la surface de la lentille intraoculaire (LIO) peut supprimer la régulation positive des protéines du cytosquelette (actine et actinine) dans les cellules en contact avec la surface de la LIO et, par conséquent, prévenir les cataractes secondaires provoquant une vision floue ou opaque. Nous introduisons ici une méthode rapide et efficace pour fabriquer des réseaux constitués de millions de nanostructures individuelles à la surface de l'hydrogel. En particulier, nous avons préparé les nanopiliers distribués de manière aléatoire sur un hydrogel de poly (méthacrylate de 2-hydroxyéthyle) en utilisant un moulage de répliques et montrons que le nombre, la forme et la disposition des nanostructures sont entièrement réglables. La caractérisation par microscopie à force atomique a révélé que tous les nanopiliers avaient une forme similaire, une distribution de taille étroite et sans défauts significatifs. En lithographie par empreinte, le choix de la composition d’hydrogel appropriée est essentiel. Comme les hydrogels avec des nanostructures imprimées imitent l'environnement cellulaire naturel, ils peuvent trouver des applications dans la recherche fondamentale en biologie cellulaire, par exemple, ils peuvent ajuster l'attachement cellulaire et inhiber ou favoriser le regroupement cellulaire grâce à un arrangement spécifique de nanostructures protrusives à la surface de l'hydrogel.

Les matériaux hydrogels composés de chaînes polymères réticulées hydrophiles sont largement utilisés en ingénierie tissulaire en raison de leur capacité à absorber et à retenir une grande quantité d’eau tout en conservant leur structure de réseau tridimensionnelle insoluble1. La biocompatibilité des hydrogels a été largement étudiée en ce qui concerne leur utilisation dans l'industrie biomédicale depuis les travaux pionniers de Wichterle et Lim en 19602. Les hydrogels issus de polymères naturels offrent plusieurs avantages, tels que la biocompatibilité, la dégradation contrôlée par les cellules et l'interaction cellulaire intrinsèque3. Leurs propriétés mécaniques sont cependant limitées. En revanche, les polymères synthétiques peuvent être préparés avec des structures et des fonctions précisément contrôlées, bien que leur dégradabilité limitée dans des conditions physiologiques et des produits chimiques toxiques puisse présenter des inconvénients4. L'un des hydrogels synthétiques les plus étudiés est à base de poly (méthacrylate de 2-hydroxyéthyle, PHEMA). Ce polymère est synthétisé à partir du monomère précurseur méthacrylate de 2-hydroxyéthyle (HEMA) via une polymérisation radicalaire initiée thermiquement ou radiativement (gamma, UV, lumière bleue)5. PHEMA est un matériau hydrogel hydrophile transparent, biocompatible, non toxique, non dégradable, non adhésif, doté d'une résistance mécanique élevée et réglable6, et est appliqué dans le domaine de la biomédecine, en particulier en ophtalmologie, notamment comme lentilles de contact et intraoculaires7.

De nombreuses avancées et modifications des hydrogels ont été développées au fil des années et utilisent l’hydrogel PHEMA pour diverses applications biomédicales8. L’un des domaines d’application essentiels est l’administration de médicaments, de protéines ou de cellules pour l’ingénierie tissulaire9. PHEMA peut être injecté directement dans le corps et est peu invasif10. Le médicament est généralement encapsulé dans un hydrogel11. La microporosité des polymères d'hydrogel peut également être utilisée pour contrôler la diffusion d'espèces moléculaires dans et hors de l'intérieur de l'hydrogel. Par exemple, l’ajustement de la taille des mailles du polymère peut entraîner l’exclusion sélective en fonction de la taille des protéines et d’autres contaminants indésirables dans les applications thérapeutiques et diagnostiques12. Une autre application importante des hydrogels consiste à incorporer des facteurs de croissance (protéines endothéliales vasculaires, fibroblastes basiques, épidermiques et morphogénétiques osseuses) dans le PHEMA, favorisant ainsi la formation de vaisseaux sanguins13. La nanostructuration de la surface offrirait une gamme de nouvelles possibilités d'application, par exemple en supprimant la formation de protéines du cytosquelette14 à la surface de la lentille intraoculaire (LIO), ce qui pourrait induire son passage de transparent à opaque. Confirmer cette hypothèse sera essentiel pour produire une LIO résistante aux cataractes secondaires. Cependant, il est nécessaire de développer des méthodologies évolutives pour produire de grandes surfaces à faible coût afin de permettre ces applications.