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Biomatériaux synthétiques et guidage tissulaire

Porteur de projet : J. Sohier

Personnes impliquées dans le projet : R. Debret, D. Sigaudo-Roussel, P. Sommer

En médecine régénérative, de nombreux efforts ont été appliqués à la réalisation de structures synthétiques (biomateriaux) qui permettent et supportent la formation de nouveaux tissus. Néanmoins, ces efforts n’ont pas encore amené de translations vers des applications thérapeutiques et cliniques, en partie car restant principalement empiriques et intégrant peu les mécanismes naturels orchestrant la formation et l’homéostasie tissulaire.

De la même manière que l’influence de stimulations mécaniques reproduisant les conditions physiologiques (telles que l’étirement ou la compression) sur la synthèse de matrice extracellulaire par les cellules commence à être identifié et reconnu, l’organisation et la structure de la matrice extracellulaire pourrait se révéler un important régulateur de de la réparation, croissance et homéostasie des tissus.

De façon optimale, un support devrait présenter aux cellules une structure similaire à la matrice extracellulaire naturelle de chaque tissu pour que les cellules puissent s’organiser et former un tissu valide. Toutefois, cette approche idéale est difficilement réalisable de par la complexité à mimer précisément la structure de la matrice extracellulaire de façon synthétique, et de par le faible niveau de connaissance des interactions entre matériaux biomimétiques et cellules. 
Ces problématiques sont particulièrement proéminentes dans le contexte des tissus mous, où le réseau fibrillaire de la matrice extracellulaire est singulier en regard de sa structure orientée et de ses propriétés mécaniques résultantes. Pour ces tissus, une importante limitation réside dans l’absence de reconstitution ordonnée et orientée d’un tissu mécaniquement et structurellement valide. Cet aspect est encore plus prépondérant lors du vieillissement, au cours duquel la structure de la matrice extracellulaire évolue vers une diminution de l’élasticité concomitamment à une diminution des capacités de réparations. Ces évolutions parallèles soulignent bien la relation potentielle entre structure de la matrice extracellulaire, cellules et capacités de régénérations résultantes.

Pour étudier ces relations et mieux appréhender les interactions existantes entre cellules et structure des biomatériaux, nous développons, à l’aide d’approches innovantes de formulation des polymères, des matériaux biomimétiques synthétiques s’inspirant de l’organisation fibrillaire de la matrice extracellulaire de différents tissus mous et élastiques à différents stades. 

Ceci nous permet d’étudier de façon rationnelle et incrémentale l’effet de structures spécifiques de l’environnement cellulaire sur leurs réponses en termes de synthèse et qualité, notamment élastique, de la matrice extracellulaire au niveau transcriptomique et protéomique. Par ailleurs, nous étudions également les mécanismes de réponses cellulaires induites par les structures au niveau épigénétique afin d’identifier des marqueurs pertinents de l’influence des environnements cellulaires synthétiques.