Échafaudages d'ingénierie tissulaire combinés à l'exercice dans le traitement de la perte musculaire volumétrique dans un modèle de rat

Contexte académique

La perte musculaire volumétrique (Volumetric Muscle Loss, VML) est une lésion musculaire grave, généralement causée par un traumatisme, une ischémie ou une excision tumorale. La VML entraîne une perte irréversible des fibres musculaires, conduisant à une fibrose, une déformation et un dysfonctionnement à long terme. Contrairement aux lésions musculaires ordinaires, la capacité de régénération de la VML est très limitée, car l’étendue des dommages dépasse la capacité d’autoréparation du muscle. Les traitements traditionnels, tels que la physiothérapie et la transplantation cellulaire, ont une efficacité limitée et ne permettent pas une récupération complète de la fonction musculaire. Par conséquent, les techniques d’ingénierie tissulaire (Tissue Engineering, TE) sont devenues une méthode prometteuse pour résoudre le problème de la VML. En utilisant des biomatériaux naturels ou synthétiques, les échafaudages d’ingénierie tissulaire peuvent fournir un support structurel aux tissus endommagés, favoriser la vascularisation et la régénération nerveuse, et ainsi aider à la régénération des tissus fonctionnels.

Cette étude vise à explorer un nouvel échafaudage d’ingénierie tissulaire – un échafaudage en polycaprolactone (Polycaprolactone, PCL) combiné à des nanoparticules d’argent (Silver Nanoparticles, AgNPs), ainsi qu’un échafaudage de membrane amniotique humaine décellularisée (Decellularized Human Amniotic Membrane, HAM), associé à un entraînement physique forcé, pour traiter la VML dans un modèle de rat. L’étude espère que cette combinaison thérapeutique favorisera la vascularisation, la régénération nerveuse et la régénération des fibres musculaires, améliorant ainsi la fonction musculaire.

Source de l’article

Cet article est co-écrit par Maryam Zohour Soleimani, Fereshteh Nejaddehbashi, Mahmoud Orazizadeh, Seyed Esmaeil Khoshnam et Vahid Bayati. Les auteurs sont issus du département d’anatomie de l’Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences en Iran, du Centre de recherche cellulaire et moléculaire (Cellular and Molecular Research Center, CMRC) et du Centre de recherche physiologique du golfe Persique (Persian Gulf Physiology Research Center). L’article a été accepté le 31 mars 2025 et publié dans la revue Bionanoscience, avec le DOI 10.1007/s12668-025-01921-7.

Processus de recherche

1. Préparation des matériaux et des échafaudages

L’étude a d’abord préparé deux types d’échafaudages : PCL/Ag (polycaprolactone/nanoparticules d’argent) et PCL/HAM/Ag (polycaprolactone/membrane amniotique humaine décellularisée/nanoparticules d’argent).
- Synthèse des nanoparticules d’argent : Les AgNPs ont été synthétisées par réduction chimique, et leur taille et morphologie ont été caractérisées par microscopie électronique à transmission (Transmission Electron Microscopy, TEM).
- Préparation de la membrane amniotique humaine décellularisée : La membrane amniotique humaine a été obtenue à partir de césariennes, puis soumise à plusieurs cycles de congélation-décongélation et à un traitement enzymatique pour éliminer les composants cellulaires et conserver la matrice extracellulaire (Extracellular Matrix, ECM).
- Préparation des échafaudages : Les nanofibres PCL/Ag ont été fabriquées par électrofilage (Electrospinning) et combinées à la HAM pour former l’échafaudage composite PCL/HAM/Ag.

2. Caractérisation des échafaudages

La microscopie électronique à balayage (Scanning Electron Microscopy, SEM) et la microscopie électronique à balayage à émission de champ (Field Emission SEM, FE-SEM) ont été utilisées pour observer la microstructure et l’alignement des fibres des échafaudages. Les propriétés mécaniques des échafaudages ont été évaluées par des tests de traction, et la présence des AgNPs a été vérifiée par spectroscopie à dispersion d’énergie (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy, EDX).

3. Tests de propriétés antibactériennes

L’étude a évalué l’efficacité antibactérienne des échafaudages contre Escherichia coli et Staphylococcus aureus en mesurant les zones d’inhibition (Inhibition Zone).

4. Expériences cellulaires

• Adhérence et prolifération cellulaire : Des cellules rénales embryonnaires humaines (HEK 293) ont été ensemencées sur les échafaudages, et la viabilité et la prolifération cellulaires ont été évaluées par le test MTT (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide).
  
• Test de migration cellulaire : L’effet des extraits d’échafaudages sur la migration cellulaire a été évalué par un test de grattage (Scratch Test).
  

5. Expériences animales

• Modèle de VML : Une lésion de VML de 30 % a été induite dans le muscle tibial antérieur (Tibialis Anterior, TA) gauche de rats Wistar âgés de 8 semaines.
  
• Transplantation des échafaudages : Les échafaudages PCL/Ag et PCL/HAM/Ag ont été transplantés sur le site de la lésion, et un entraînement forcé sur tapis roulant a été effectué après l’opération.
  
• Évaluation fonctionnelle : La récupération de la fonction motrice des rats a été observée par un test en champ ouvert (Open Field Test) et une évaluation du comportement de marche (Walking Behavior Assessment).
  
• Analyse histologique : Des échantillons de tissus ont été prélevés à 7, 14 et 28 jours post-opératoires, et des colorations à l’hématoxyline-éosine (Hematoxylin & Eosin, H&E), au trichrome de Masson et une immunohistochimie (coloration à la desmine) ont été réalisées pour évaluer la régénération musculaire et la vascularisation.
  

Résultats principaux

1. Caractérisation des échafaudages : Les échafaudages PCL/Ag et PCL/HAM/Ag ont montré un bon alignement des fibres et des propriétés mécaniques, et l’ajout de HAM a significativement amélioré la stabilité mécanique des échafaudages.
   
2. Propriétés antibactériennes : Les deux échafaudages ont montré une activité antibactérienne significative contre Staphylococcus aureus et Escherichia coli, avec une inhibition plus forte contre Staphylococcus aureus.
   
3. Expériences cellulaires : L’échafaudage PCL/Ag a surpassé PCL/HAM/Ag en termes d’adhésion et de prolifération cellulaires, indiquant qu’il est plus adapté à la croissance cellulaire.
   
4. Expériences animales : À 28 jours post-opératoires, les échafaudages PCL/Ag et PCL/HAM/Ag ont tous deux favorisé la régénération musculaire et la vascularisation, et les rats soumis à un entraînement forcé ont montré une récupération significative de la fonction motrice.
   

Conclusion

Cette étude est la première à combiner des AgNPs avec des échafaudages PCL/HAM pour traiter les lésions de VML. Les résultats montrent que les échafaudages PCL/Ag et PCL/HAM/Ag, associés à un entraînement forcé, peuvent efficacement favoriser la régénération musculaire, la vascularisation et la régénération nerveuse, améliorant ainsi la fonction musculaire. Cette découverte offre une nouvelle approche pour le traitement de la VML, avec une valeur scientifique et applicative importante.

Points forts de l’étude

1. Conception innovante des échafaudages : Première combinaison d’AgNPs avec des échafaudages PCL/HAM, améliorant leurs propriétés antibactériennes et leur stabilité mécanique.
   
2. Thérapie combinée : La combinaison d’échafaudages d’ingénierie tissulaire avec un entraînement forcé a significativement amélioré la récupération de la fonction musculaire.
   
3. Évaluation multidimensionnelle : Les effets thérapeutiques des échafaudages ont été évalués de manière complète grâce à des expériences cellulaires, animales et des analyses histologiques.
   

Signification et valeur

Cette étude propose une nouvelle thérapie combinée pour le traitement de la VML, démontrant le potentiel des échafaudages d’ingénierie tissulaire associés à un entraînement physique. Cette méthode peut non seulement favoriser la régénération musculaire, mais aussi améliorer la fonction motrice des patients, offrant des perspectives cliniques importantes. Les recherches futures pourraient optimiser la conception des échafaudages, prolonger la durée d’implantation et explorer davantage de méthodes d’évaluation fonctionnelle pour vérifier leurs effets à long terme.