Des ingénieurs du MIT ont conçu des sutures « intelligentes » dérivées de tissus, comme illustré ici, qui peuvent non seulement maintenir les tissus en place, mais aussi détecter les inflammations et libérer des médicaments. Les sutures sont recouvertes d’hydrogels dans lesquels peuvent être intégrés des capteurs, des médicaments ou des cellules qui libèrent des molécules thérapeutiques. Crédit : avec l’aimable autorisation des chercheurs
Les « sutures intelligentes » biodérivées pourraient aider les patients à guérir après une résection intestinale ou d’autres types de chirurgie.
Inspirés par les sutures développées il y a des milliers d’années, les ingénieurs du MIT ont conçu des sutures « intelligentes » qui peuvent non seulement maintenir les tissus en place, mais aussi détecter les inflammations et libérer des médicaments.
Les nouvelles sutures sont dérivées de tissus animaux, à l’instar des sutures « catgut » utilisées pour la première fois par les anciens Romains. Dans un esprit moderne, l’équipe du MIT a recouvert les sutures d’hydrogels qui peuvent contenir des capteurs, des médicaments ou même des cellules qui libèrent des molécules thérapeutiques.
« Ce que nous avons, c’est une suture biodérivée et modifiée par un revêtement d’hydrogel capable de servir de réservoir pour des capteurs d’inflammation ou pour des médicaments tels que des anticorps monoclonaux pour traiter l’inflammation. Fait remarquable, le revêtement a également la capacité de retenir des cellules viables pendant une période prolongée », explique Giovanni Traverso, professeur agrégé d’ingénierie mécanique au MIT, gastro-entérologue au Brigham and Women’s Hospital et auteur principal de l’étude.
Les chercheurs pensent que ces sutures pourraient aider les patients atteints de la maladie de Crohn à guérir après une intervention chirurgicale visant à retirer une partie de l’intestin. Les sutures pourraient également être adaptées pour guérir des blessures ou des incisions chirurgicales ailleurs dans le corps, selon les chercheurs.
Jung Seung Lee et Hyunjoon Kim, anciens postdocs au MIT, sont les auteurs principaux de l’article, qui a été récemment publié dans la revue Matter.
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Inspiré par catgut
Les sutures de catgut – qui sont fabriquées à partir de brins de collagène purifié provenant de vaches, de moutons ou de chèvres (mais pas de chats) – forment des nœuds solides qui se dissolvent naturellement en l’espace de 90 jours environ. Bien qu’il existe également des sutures synthétiques résorbables, le catgut est encore utilisé dans de nombreux types de chirurgie.
Traverso et ses collègues ont voulu voir s’ils pouvaient s’appuyer sur ce type de suture dérivée de tissus pour créer un matériau résistant et résorbable, doté de fonctions avancées telles que la détection et l’administration de médicaments.
Ces sutures pourraient être particulièrement utiles pour les patients atteints de la maladie de Crohn qui doivent se faire retirer une partie de l’intestin en raison d’une obstruction due à une cicatrisation excessive ou à une inflammation. Cette procédure nécessite de refermer les deux extrémités laissées en place après l’ablation d’une partie de l’intestin. Si ce scellement n’est pas étanche, il peut entraîner des fuites dangereuses pour le patient.
Pour réduire ce risque, l’équipe du MIT a voulu concevoir une suture capable non seulement de maintenir le tissu en place, mais aussi de détecter l’inflammation, signe précurseur d’une mauvaise cicatrisation des intestins refermés.
Les chercheurs ont créé leurs nouvelles sutures à partir de tissus de porc, qu’ils ont « décellularisés » à l’aide de détergents, afin de réduire les risques d’inflammation dans les tissus de l’hôte. Ce processus laisse derrière lui un matériau dépourvu de cellules que les chercheurs appellent « De-gut », qui contient des protéines structurelles telles que le collagène, ainsi que d’autres biomolécules que l’on trouve dans la matrice extracellulaire qui entoure les cellules.
Après avoir déshydraté le tissu et l’avoir tordu en brins, les chercheurs ont évalué sa résistance à la traction – une mesure de l’étirement qu’il peut supporter avant de se rompre – et ont constaté qu’elle était comparable à celle des sutures en catgut disponibles dans le commerce. Ils ont également constaté que les sutures De-gut induisaient une réponse immunitaire des tissus environnants beaucoup moins importante que le catgut traditionnel.
« Les tissus décellularisés ont été largement utilisés en médecine régénérative en raison de leur superbe biofonctionnalité », explique Lee. « Nous proposons à présent une nouvelle plateforme pour la détection et la délivrance à l’aide de tissus décellularisés, ce qui ouvrira la voie à de nouvelles applications pour les matériaux dérivés des tissus. »
Applications intelligentes
Les chercheurs ont ensuite cherché à doter le matériau de suture de fonctions supplémentaires. Pour ce faire, ils ont recouvert les sutures d’une couche d’hydrogel. Dans l’hydrogel, ils peuvent intégrer plusieurs types de cargaisons – des microparticules capables de détecter l’inflammation, diverses molécules médicamenteuses ou des cellules vivantes.
Pour l’application capteur, les chercheurs ont conçu des microparticules recouvertes de peptides qui sont libérés lorsque des enzymes associées à l’inflammation, appelées MMP, sont présentes dans le tissu. Ces peptides peuvent être détectés à l’aide d’un simple test d’urine.
Les chercheurs ont également montré qu’ils pouvaient utiliser le revêtement d’hydrogel pour transporter des médicaments utilisés dans le traitement des maladies inflammatoires de l’intestin, notamment un stéroïde appelé dexaméthasone et un anticorps monoclonal appelé adalimumab. Ces médicaments ont été transportés par des microparticules fabriquées à partir de polymères approuvés par la FDA, tels que le PLGA et le PLA, qui sont utilisés pour contrôler le taux de libération des médicaments. Selon les chercheurs, cette approche pourrait également être adaptée pour délivrer d’autres types de médicaments tels que des antibiotiques ou des médicaments de chimiothérapie.
Ces sutures intelligentes pourraient également être utilisées pour délivrer des cellules thérapeutiques telles que des cellules souches. Pour explorer cette possibilité, les chercheurs ont incorporé aux sutures des cellules souches conçues pour exprimer un marqueur fluorescent et ont constaté que les cellules restaient viables pendant au moins sept jours lorsqu’elles étaient implantées dans des souris. Les cellules étaient également capables de produire du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF), un facteur de croissance qui stimule la croissance des cellules sanguines.
Les chercheurs s’efforcent à présent de tester plus avant chacune de ces applications possibles et d’améliorer le processus de fabrication des sutures. Ils espèrent également explorer la possibilité d’utiliser les sutures dans des parties du corps autres que le tractus gastro-intestinal.
« La suture décellularisée de l’intestin mise au point par l’équipe du MIT est une plateforme intéressante pour détecter et délivrer une large gamme de produits thérapeutiques, y compris des petites molécules, des produits biologiques et des cellules vivantes. L’équipe a fait un excellent travail en démontrant de manière robuste la polyvalence de cette plateforme », déclare Omid Veiseh, professeur agrégé de bio-ingénierie à l’université de Rice, qui n’a pas participé à l’étude.
Référence : « A multifunctional decellularized gut suture platform » par Jung Seung Lee, Hyunjoon Kim, Gwennyth Carroll, Gary W. Liu, Ameya R. Kirtane, Alison Hayward, Adam Wentworth, Aaron Lopes, Joy Collins, Siid Tamang, Keiko Ishida, Kaitlyn Hess, Junwei Li, Sufeng Zhang et Giovanni Traverso, 16 mai 2023, Matter.
DOI: 10.1016/j.matt.2023.04.015
Les autres auteurs de l’article sont Gwennyth Carroll, Gary Liu, Ameya Kirtane, Alison Hayward, Adam Wentworth, Aaron Lopes, Joy Collins, Siid Tamang, Keiko Ishida, Kaitlyn Hess, Junwei Li et Sufeng Zhang.
Cette recherche a été financée par le Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, le département de génie mécanique du MIT, la National Research Foundation of Korea et une bourse NRSA Ruth L. Kirschstein du National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Disease (Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales).