Glossaire
thérapeutique : relatif au traitement d’une maladie
polymère : cf. article "La course à la légèreté" in "Des matériaux pour construire"
matrice : structure matérielle servant de support au développement des cellules
Un médicament prothèse
Les anneaux sont des implants de Ca/P seul (à gauche) et de Ca/P+BP (à droite) dans un fémur de rate ostéoporotique. Une nette repousse osseuse est observée autour de l’implant Ca/P+BP. © B. Bujoli & J.-M. Boulerdans notre organisme, les tissus osseux sont constamment renouvelés par l’action de cellules de deux types : les ostéoclastes, qui détruisent le vieil os, et les ostéoblastes qui reforment de l’os. L’ostéoporose est une affection qui résulte d’un déséquilibre en faveur des premiers. Touchant particulièrement les femmes de plus de 50 ans, elle entraîne, par fragilisation osseuse, des fractures fréquentes. Les bisphosphonates (notés BP) sont des médicaments employés contre l’ostéoporose. Ils se greffent à la surface des os de façon durable et amoindrissent l’action des ostéoclastes, réduisant ainsi la perte de masse osseuse. Par ailleurs, certains phosphates de calcium (constituant majeur de l’os, noté ici ca/P) utilisés comme implants sur des lésions osseuses sont peu à peu dégradés pour être remplacés par de l’os naturel. Nous avons cherché à combiner BP et ca/P puis, grâce à une collaboration entre chercheurs, chirurgiens et vétérinaires (pour les tests sur des animaux), nous avons mis au point et breveté une pâte injectable dans les sites à risque de fracture (col du fémur, vertèbres). Outre son emploi pratique et son double rôle de médicament et de prothèse, ce matériau présente l’intérêt de ne diffuser des substances thérapeutiques qu’à l’endroit où elles sont nécessaires.
Des polymères dans le cerveau
Microcapsules de polymères au microscope électronique à balayage, en fausses couleurs ( x 540); MPA transportant 3 cellules (x 2 000). © CNRS Photothèque L’implantation de cellules d’embryon dans des tissus défectueux peut conduire à régénérer ceux-ci. Ce type de thérapie cellulaire en pleine exploration est aujourd’hui limité par le faible taux de survie des cellules implantées. Afin de résoudre ce problème, nous avons développé des microcapsules (MPA, pour microcarriers pharmacologiquement actifs) qui véhiculent ces cellules et qui peuvent se fixer dans les tissus lésés en libérant des facteurs de croissance (des protéines qui favorisent l’activité et la survie des cellules associées). Ces MPA sont des sphères de polymères dérivés des acides lactique et glycolique, d’un diamètre de 60 micromètres environ, biocompatibles, biodégradables, contenant des facteurs de croissance et enrobées de macromolécules auxquelles adhèrent les cellules à implanter. des résultats encourageants ont été obtenus sur des souris en transportant, sur la surface des MPA, des cellules d’embryon de rat dites dopaminergiques, qui ont pour effet de ralentir la dégénérescence des neurones touchés dans la maladie de Parkinson. Pour soigner cette maladie chez l’Homme avec une technique similaire, il faudrait utiliser des cellules de foetus humain, ce qui est interdit pour des raisons d’éthique. C’est pourquoi nous tentons actuellement de mettre au point des MPA capables de transporter un autre type de cellules intéressantes. Il s’agit de cellules de notre moelle osseuse, dites cellules souches, qui peuvent devenir dopaminergiques sous l’action des protéines libérées par les MPA une fois ceuxci fixés dans la région cérébrale lésée.
DOSSIER
Des matériaux de génie
Des matériaux pour l'ingénierie cellulaire
Tuteurs de vie
Les biomatériaux ne sont pas seulement des substituts de tissus vivants déficients ; ils sont aussi capables de régénérer ces derniers.
Hydrogel pour la réalisation de matrices extracellulaires synthétiques. © B. Bujoli & J.-M. BoulerDes charpentes provisoires...
Imiter les mécanismes du vivant afin de reconstituer des organes déficients est depuis longtemps un objectif de la recherche médicale. Bien que notre organisme tende à rejeter les matières qui lui sont étrangères, des prothèses telles des couronnes dentaires en céramique ou des têtes de fémur en titane sont couramment utilisées et bien tolérées car elles interagissent très peu chimiquement avec notre corps, contrairement aux greffes d’organes. Cependant, les prothèses ne s’appliquent qu’au remplacement de tissus structurels, comme les dents ou les os, dans des cas relativement restreints. Conduire l’organisme à régénérer ses propres tissus est un tout autre défi. En travaillant sur des biomatériaux tels que des céramiques de phosphate de calcium et des hydrogels (des polymères souples contenant de l’eau), il est possible de concevoir des substituts des tissus du squelette : d’une composition chimique très proche de celle des os, ils sont acceptés par l’organisme et servent de charpente pour l’adhésion et la prolifération des cellules ostéoblastes qui produisent le tissu osseux. De plus, ils sont dégradés progressivement par un autre type de cellules, les ostéoclastes, pour être remplacés par un tissu osseux neuf.
... aux tissus hybrides
Cette néoformation osseuse n’est toutefois obtenue que pour des lésions de faibles dimensions. Les biomatériaux seuls n’assurent pas une régénération tissulaire en cas de déficience importante. La culture en laboratoire des propres cellules du patient au contact d’une matrice synthétique permet de fabriquer des matériaux hybrides, véritables analogues du tissu à reconstruire, qu’il est ensuite possible de réimplanter. Ces outils prometteurs en chirurgie maxillofaciale et orthopédique concernent également les affections du cartilage articulaire et des disques intervertébraux. Il s’agit de reproduire, en utilisant un hydrogel comme matrice, la structure du cartilage afin, par exemple, de réparer des lésions fréquentes chez les jeunes sportifs et de s’affranchir des prothèses métalliques ou de la fusion de vertèbres, seuls moyens thérapeutiques actuellement disponibles pour la colonne vertébrale. L’intégration au vivant de matériaux actifs, qui renouvelle les questions sur la frontière entre nature et artifice, nécessite l’alliance de disciplines scientifiques très différentes comme la chimie des matériaux, la biologie cellulaire et la médecine régénérative. Dans le cadre du programme Bioregos soutenu par la région des Pays de la Loire, diverses collaborations mobilisent ainsi, autour du Lioad, l’Inserm d’Angers, l’école nationale vétérinaire de Nantes, plusieurs laboratoires du CNRS et de l’Université de Nantes, l’Ifremer et le Centre de transfert de technologie du Mans
• Conférence sur les biomatériaux de Laurent SEDEL Chirurgien Orthopédiste, Professeur à l'Université Paris VII
• Dossier "Info Science" sur les matériaux au service de l'Homme
• Réflexion globale biomatériaux, bionique, communiquant...L'Homme transformé sur le site de la Cité des Sciences
• Biomatériaux : une avancée majeure avec le titane poreux "Banque des Savoirs"
• Site INSERM Angers