Matrice de nanofibres de poly(ε-caprolactone) incorporée à l'arabinoxylan favorise l'adhésion et la prolifération des cellules fibroblastiques

Contexte académique

La cicatrisation des plaies est un processus physiologique complexe impliquant plusieurs étapes coordonnées, notamment l’hémostase, l’inflammation, la prolifération et la remodelage. Cependant, dans les cas de blessures graves ou de plaies chroniques, les méthodes traditionnelles de traitement telles que les pansements et les sutures sont souvent limitées en efficacité. Ces dernières années, les avancées en ingénierie tissulaire (tissue engineering) ont offert de nouvelles perspectives pour la réparation des plaies. En concevant des échafaudages biomimétiques, il est possible de fournir un environnement propice à la croissance cellulaire et à la régénération tissulaire. Parmi ces matériaux, les matrices nanofibreuses (nanofibrous matrix) sont devenues un domaine de recherche populaire en ingénierie tissulaire en raison de leur rapport surface/volume élevé et de leur structure biomimétique. Cependant, les polymères synthétiques individuels tels que le poly(ε-caprolactone) (PCL), bien qu’ils possèdent de bonnes propriétés mécaniques et une biocompatibilité, présentent une hydrophobie et une vitesse de dégradation lente, ce qui limite leur utilisation dans la régénération des tissus mous. Par conséquent, les chercheurs ont tenté de combiner des substances bioactives naturelles avec des polymères synthétiques pour améliorer les propriétés des matériaux.

L’arabinoxylan (AX), un hémicellulose extrait des plantes, possède une bonne biocompatibilité, une biodégradabilité et une capacité d’absorption et de gonflement. Il a été démontré qu’il possède diverses activités biologiques, notamment antioxydantes, anti-inflammatoires et immunomodulatrices, ce qui lui confère un potentiel d’application dans le domaine de l’ingénierie tissulaire et de la cicatrisation des plaies. Cette étude vise à combiner l’AX avec le PCL pour fabriquer des matrices nanofibreuses par électrofilage, et à évaluer leur impact sur l’adhésion et la prolifération des fibroblastes, offrant ainsi un nouveau biomatériau pour la cicatrisation des plaies.

Source de l’article

Cette étude a été réalisée par plusieurs chercheurs du Pakistan, de Chine, d’Arabie Saoudite et d’Espagne, avec comme principaux auteurs Kiran Konain, Sajida Farid, Shazia Hameed, entre autres. L’équipe de recherche provient de plusieurs institutions, notamment la Khyber Medical University, la Shanghai Ocean University et la King Saud University. L’article a été accepté le 2 avril 2025 et publié dans la revue Bionanoscience, avec le DOI 10.1007/s12668-025-01924-4.

Processus et résultats de la recherche

1. Extraction de l’arabinoxylan

L’étude a commencé par l’extraction de l’AX à partir de l’enveloppe d’Ispaghula achetée localement. La méthode d’extraction utilisée était l’extraction alcaline : l’enveloppe d’Ispaghula a été dissoute dans de l’eau distillée, le pH a été ajusté à 12, puis filtré avant d’être abaissé à 3 avec de l’acide acétique, provoquant la précipitation de l’AX sous forme de gel. Le gel a été lavé plusieurs fois et séché pour obtenir une poudre brune d’AX. Le processus d’extraction a été répété trois fois pour assurer la reproductibilité.

2. Fabrication des matrices nanofibreuses

Les matrices nanofibreuses de PCL et PCL-AX ont été fabriquées par électrofilage. La concentration de la solution de PCL était de 12% w/v, et 2,5% w/v d’AX a été ajouté à la solution de PCL-AX. Les paramètres d’électrofilage étaient : tension de 15 kV, distance entre l’aiguille et le collecteur de 15 cm, vitesse de rotation de 150 rpm. Les nanofibres obtenues ont été collectées sur une feuille d’aluminium et leur morphologie de surface a été observée par microscopie électronique à balayage (SEM). Les résultats ont montré que le diamètre moyen des nanofibres de PCL était de 440 ± 225 nm, tandis que celui des nanofibres de PCL-AX était réduit à 330 ± 165 nm, avec une surface lisse et sans perles.

3. Tests des propriétés mécaniques des nanofibres

Les propriétés mécaniques des nanofibres ont été évaluées par des tests de traction uniaxiale. La résistance à la traction des nanofibres de PCL et PCL-AX était respectivement de 4,20 ± 0,3 MPa et 3,71 ± 0,1 MPa, tandis que l’allongement à la rupture était de 45,74 ± 0,1% et 62,60 ± 0,4%. Les résultats indiquent que l’ajout d’AX améliore la ductilité des nanofibres, les rendant plus adaptées à la régénération des tissus mous.

4. Analyse par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)

L’incorporation réussie de l’AX dans la matrice de PCL a été validée par spectroscopie FTIR. Les spectres du groupe PCL-AX ont montré les pics caractéristiques à la fois du PCL et de l’AX, indiquant qu’aucune réaction chimique majeure n’avait eu lieu, mais plutôt une interaction physique ou par liaison hydrogène faible.

5. Tests de capacité d’absorption d’eau

Les matrices nanofibreuses ont été immergées dans une solution tampon phosphate (PBS) pour évaluer leur capacité d’absorption d’eau. Les résultats ont montré que la matrice PCL-AX atteignait un taux d’absorption maximal de 23% en 5 heures et maintenait une capacité d’absorption stable pendant 12 heures. Cette propriété aide à absorber les exsudats de la plaie, fournissant un environnement humide propice à la cicatrisation.

6. Expériences d’adhésion et de prolifération cellulaire

Des fibroblastes NIH3T3 ont été ensemencés sur les matrices de PCL et PCL-AX pour évaluer l’adhésion et la prolifération cellulaire. Les résultats ont montré que le taux d’adhésion cellulaire sur la matrice PCL-AX était 10% plus élevé que sur la matrice PCL. L’observation par SEM a révélé que les cellules sur la matrice PCL-AX formaient davantage d’extensions cytoplasmiques, indiquant une meilleure biocompatibilité. De plus, la prolifération cellulaire, évaluée par le test Alamar Blue™, a montré que la matrice PCL-AX favorisait significativement la prolifération des fibroblastes.

Conclusions et implications de la recherche

Cette étude a réussi à fabriquer des matrices nanofibreuses de PCL-AX et a démontré qu’elles possèdent de bonnes propriétés mécaniques, une capacité d’absorption d’eau et une biocompatibilité. L’ajout d’AX a non seulement amélioré l’hydrophobicité du PCL, mais a également significativement favorisé l’adhésion et la prolifération des fibroblastes. Ces résultats suggèrent que les matrices nanofibreuses de PCL-AX ont un potentiel prometteur dans la cicatrisation des plaies et l’ingénierie tissulaire.

Points forts de la recherche

1. Conception innovante des matériaux : Première combinaison de l’arabinoxylan avec le polycaprolactone pour fabriquer des matrices nanofibreuses par électrofilage, offrant un nouveau biomatériau pour la cicatrisation des plaies.
2. Propriétés mécaniques exceptionnelles : Les nanofibres de PCL-AX présentent une ductilité et une résistance à la traction élevées, les rendant adaptées à la régénération des tissus mous.
3. Biocompatibilité élevée : La matrice PCL-AX favorise significativement l’adhésion et la prolifération des fibroblastes, indiquant son potentiel d’application en ingénierie tissulaire.
4. Capacité d’absorption d’eau supérieure : La matrice PCL-AX absorbe efficacement les exsudats de la plaie, fournissant un environnement humide propice à la cicatrisation.

Autres informations pertinentes

Les méthodes d’extraction de l’AX et la technique d’électrofilage utilisées dans cette étude sont des méthodes expérimentales courantes et ne nécessitent pas d’équipement ou d’algorithmes spéciaux. Cependant, grâce à une conception expérimentale détaillée et une analyse rigoureuse des données, l’équipe de recherche a fourni une base scientifique solide pour l’application des matrices nanofibreuses de PCL-AX. Les recherches futures pourraient évaluer l’efficacité de ce matériau dans des modèles animaux de cicatrisation des plaies et explorer son potentiel dans d’autres domaines de l’ingénierie tissulaire.