Percée possible dans le développement de biomatériaux efficaces
Les résultats pourraient être révolutionnaires pour l'ingénierie tissulaire
De nombreux espoirs reposaient sur ce que l'on appelle l'ingénierie tissulaire : Grâce aux cellules souches, la peau et d'autres organes pourraient être cultivés, ce qui permettrait d'améliorer la cicatrisation des plaies et les greffes. Bien qu'une partie de ces progrès soit déjà réalisée, le niveau attendu il y a environ 20 ans n'a pas encore été atteint, car les cellules souches ne se lient pas toujours au matériau hôte requis comme elles devraient le faire en théorie. Une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Shikha Dhiman, chimiste à l'université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU), vient d'en trouver la raison : "L'existence d'une interaction entre la membrane cellulaire modèle et le matériau de la matrice dépend non seulement de la force de l'interaction, mais aussi de la vitesse à laquelle les molécules du partenaire de liaison se déplacent. La compréhension de cette interaction que nous avons maintenant acquise est cruciale pour le développement de biomatériaux efficaces", déclare Dhiman. Les résultats de l'équipe ont été récemment publiés dans la revue scientifique PNAS.
Pour faire croître artificiellement des tissus biologiques en laboratoire, les biotechnologistes placent généralement des cellules souches sur des matériaux matriciels, généralement des gels. Ces gels déterminent le comportement et le développement des cellules. Toutefois, pour que ce processus réussisse, les cellules doivent se lier aux matériaux de la matrice. Pendant longtemps, on a supposé qu'il suffirait d'ajouter au gel des molécules qui se lient suffisamment fortement aux récepteurs des cellules - ces molécules sont appelées ligands. Ces molécules sont appelées ligands. Mais cette hypothèse s'est avérée erronée. En théorie, cela devrait fonctionner, mais en pratique, ce n'est souvent pas le cas. Alors que la plupart des chercheurs commencent par optimiser le matériau de la matrice pour résoudre ce problème, Dhiman, entre autres, avec le professeur Bert Meijer de l'université de technologie d'Eindhoven, a maintenant étudié le premier point d'interaction : le lien entre les fibres individuelles de la matrice et la membrane cellulaire modèle. "Jusqu'à présent, la force de l'interaction entre les ligands et les récepteurs a toujours été prise en compte. Mais nous avons découvert que la capacité d'une membrane cellulaire modèle à se lier à la fibre dépend principalement de la vitesse à laquelle les molécules du partenaire de liaison se déplacent dans la membrane cellulaire modèle ou dans la fibre", explique Dhiman. Si la vitesse des ligands dans la fibre et celle des récepteurs dans la membrane de la cellule modèle sont similaires, ils peuvent se trouver l'un l'autre et se lier. "Même la liaison la plus faible peut conduire à une interaction entre les molécules si leurs vitesses sont similaires", explique M. Dhiman. "Toutefois, si l'un des partenaires de liaison se déplace rapidement et l'autre lentement ou pas du tout, les cellules ne se lieront pas au gel. Bien qu'il s'agisse d'une recherche fondamentale, elle permet désormais de mieux comprendre le fonctionnement de ces interactions au niveau moléculaire."
À des vitesses similaires, les partenaires de liaison se rassemblent
Pour leurs études, les chercheurs ont utilisé la microscopie à super-résolution, qui leur permet d'obtenir des images de récepteurs et de ligands individuels. Comment les molécules individuelles se comportent-elles ? Pour répondre à cette question et suivre les mouvements des molécules au microscope, Dhiman et ses collègues ont travaillé avec des fibres individuelles au lieu d'un gel en vrac. "Cette réduction à des fibres uniques était importante pour comprendre clairement les interactions", explique Dhiman. "Si les molécules de la membrane cellulaire modèle et de la fibre se déplacent à la même vitesse, elles ont tendance à se regrouper. Les partenaires de liaison se rassemblent donc des deux côtés au point de contact entre la fibre et la membrane de la cellule modèle - au lieu de composés individuels, c'est alors généralement un groupe entier de récepteurs et de ligands qui assure la liaison. Même de faibles forces de liaison sont alors suffisantes", explique M. Dhiman.
Les résultats pourraient être révolutionnaires pour l'ingénierie tissulaire, mais aussi pour d'autres applications médicales telles que les immunothérapies ou l'administration de médicaments. L'administration de médicaments consiste à acheminer l'ingrédient actif directement vers le site d'action afin de maximiser l'effet thérapeutique et de minimiser les effets secondaires. "À long terme, ces connaissances pourraient déboucher sur des percées dans la réparation des tissus et la médecine régénérative, ainsi que sur des implants médicaux avancés qui fonctionnent en harmonie avec les cellules du corps", explique M. Dhiman.
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Publication originale
Shikha Dhiman, Marle E. J. Vleugels, Richard A. J. Post, Martina Crippa, Annalisa Cardellini, Esmee de Korver, Lu Su, Anja R. A. Palmans, Giovanni M. Pavan, Remco W. van der Hofstad, Lorenzo Albertazzi, E. W. Meijer; "Reciprocity in dynamics of supramolecular biosystems for the clustering of ligands and receptors"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-9-8
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