Détection de HOCl

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 10329 (2022) Citer cet article

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Les biomatériaux artificiels peuvent augmenter considérablement le taux de régénération des tissus. Cependant, l’implantation d’échafaudages conduit non seulement à une cicatrisation accélérée des tissus mais également à une réponse immunitaire de l’organisme, qui entraîne la dégradation du biomatériau. La synergie des processus de réponse immunitaire et de dégradation de l’échafaudage détermine en grande partie l’efficacité de la régénération tissulaire. Pourtant, les méthodes adaptées à une caractérisation rapide, précise et non invasive du degré de dégradation des biomatériaux sont très demandées. Nous montrons ici la possibilité de surveiller la dégradation des échafaudages du péricarde bovin décellulaire dans des conditions imitant la réponse immunitaire et les processus d’oxydation en utilisant la tomographie multiphotonique combinée à l’imagerie à vie par fluorescence (MPT-FLIM). Nous avons constaté que les durées de vie de fluorescence des liaisons croisées induites par la génipine dans le collagène et les produits d'oxydation du collagène sont des marqueurs importants de la dégradation oxydative des échafaudages. Cela a été vérifié dans des expériences modèles, où l'oxydation était induite avec de l'acide hypochloreux ou par exposition à des neutrophiles activés. Les paramètres de dégradation de la fluorescence étaient également corrélés aux modifications des propriétés micromécaniques des échafaudages évaluées par microscopie à force atomique (AFM). Nos résultats suggèrent que FLIM peut être utilisé pour des évaluations quantitatives des propriétés et de la dégradation des échafaudages essentiels aux processus de cicatrisation des plaies in vivo.

En ingénierie tissulaire et en médecine régénérative, les échafaudages fournissent un support mécanique et des signaux biochimiques pour assurer la survie et la différenciation cellulaire1. La décellularisation des tissus et organes animaux permet de fabriquer une matrice extracellulaire (ECM) qui maintient les propriétés mécaniques et biochimiques de l'ECM native et constitue une niche idéale pour la régénération tissulaire2,3. Le biomatériau stimule le recrutement cellulaire et le remodelage tissulaire, tout en se dégradant progressivement. Le taux et les mécanismes de dégradation de l’échafaudage déterminent en grande partie la réponse immunitaire à l’implantation de l’échafaudage et l’efficacité de la cicatrisation.

Le péricarde bovin décellulaire (DBP) présente un intérêt particulier en médecine en raison de sa disponibilité, de sa biocompatibilité et de ses propriétés physicochimiques réglables4. Le DBP est un matériau bon marché et robuste, largement utilisé en chirurgie cardiaque, en orthopédie, en chirurgie générale et pulmonaire et en dentisterie5. La réticulation du DBP par des agents chimiques comme le glutaraldéhyde, les composés époxy et la génipine module l'immunogénicité du biomatériau, améliore sa stabilité protéolytique et prolonge sa dégradation4,6. Cependant, un retard excessif dans la dégradation de l’échafaudage peut entraîner une réponse inflammatoire excessive et la formation de corps étrangers. Par conséquent, la conception de nouveaux agents de réticulation et l’optimisation de l’architecture et de la dégradation de l’échafaudage constituent un point chaud en médecine régénérative7.

L'implantation d'échafaudages déclenche la réponse immunitaire dans laquelle les neutrophiles sont les premières cellules immunitaires recrutées et activées sur le site des lésions tissulaires8,9. L'activation des neutrophiles s'accompagne de la sécrétion de protéines (ex. collagénase, gélatinase) de granules intracellulaires capables de dégrader les biomatériaux. De plus, les neutrophiles activés libèrent de la myéloperoxydase (MPO) qui, en présence de H2O2, génère de l'acide hypochloreux (HOCl). HOCl est un puissant agent oxydant qui peut oxyder et dégrader non seulement les molécules biologiques mais également les nanomatériaux à base de carbone10,11,12.

Des techniques physiques, telles que la microscopie à force atomique (AFM), ont été utilisées avec succès pour évaluer les changements dans les propriétés structurelles et la dégradation des échafaudages13,14,15,16. Les méthodes optiques permettent également une évaluation quantitative rapide des propriétés physicochimiques des biomatériaux ainsi que de sonder l'état métabolique des cellules environnantes. L’application de la tomographie par fluorescence multiphotonique combinée à l’imagerie à vie par fluorescence (MPT-FLIM), qui permet de visualiser les couches tissulaires plus profondes avec un contraste spécifique aux molécules, est particulièrement prometteuse17. Le MPT-FLIM a déjà été utilisé pour caractériser la dégradation des échafaudages à base de collagène18,19,20,21,22,23. FLIM combiné à la spectroscopie Raman permet également d'évaluer le degré de réticulation dans les échafaudages péricardiques contenant du collagène en utilisant le signal de fluorescence des liaisons croisées induites par la génipine19. FLIM multispectral a été utilisé pour surveiller la dégradation enzymatique du collagène dans les échafaudages du péricarde bovin20. La stéréomicroscopie à fluorescence et la tomographie multiphotonique ont été utilisées conjointement avec des tests immunohistochimiques et une microtomographie pour mieux comprendre la dégradation du DBP ex vivo21. Le FLIM à fibre optique a été appliqué pour suivre la dynamique de la recellularisation de la surface de l'échafaudage en surveillant les changements de la durée de vie de la fluorescence22. Les paramètres de la durée de vie d'autofluorescence des produits d'oxydation du collagène et des liaisons croisées peuvent également être utilisés pour caractériser les collagènes naturels et leur dégradation in vivo24,25,26,27. Pourtant, la modification des biomatériaux de collagène induite par les cellules immunitaires n’a pas été évaluée par des techniques optiques.