La combinaison de nouveaux biomatériaux et de microchirurgie pourrait permettre une récupération plus rapide des tissus
Pour que les tissus mous se rétablissent et repoussent, ils ont besoin que les vaisseaux sanguins se développent pour fournir de l’oxygène et des nutriments. Cependant, une vascularisation lente peut ralentir, voire empêcher la récupération et la repousse des tissus mous perdus ou endommagés après une blessure grave ou une maladie grave telle qu'un cancer.
Pour accélérer la formation et la configuration de nouveaux vaisseaux sanguins, les chercheurs de Penn State ont combiné un nouveau biomatériau avec une approche microchirurgicale utilisée en chirurgie reconstructive, permettant une meilleure récupération des tissus mous.
Selon l'équipe, leurs travaux ont montré, via une expérience de validation de principe de sept jours, que leur technique pouvait accélérer la formation de réseaux guidés de vaisseaux sanguins. Ils ont publié leurs travaux, qui ont des implications pour accélérer la vascularisation et la récupération tissulaire, dans la revue Petit.
“Notre approche pourrait ouvrir des opportunités pour redéfinir le paysage de la vascularisation tissulaire, avec une applicabilité largement répandue dans de nombreuses parties du corps humain et pour diverses maladies, y compris celles liées au système cardiovasculaire”, ont déclaré l'auteur correspondant Amir Sheikhi, Dorothy Foehr Huck et J. Lloyd Huck. Chaire de début de carrière en biomatériaux et génie régénératif et professeur adjoint de génie chimique avec une affiliation avec le génie biomédical.
Actuellement, les cliniciens utilisent couramment des échafaudages d’hydrogel en vrac (des structures de support constituées de réseaux de polymères réticulés) pour soutenir la formation et la direction des vaisseaux sanguins pendant la chirurgie reconstructive. Cependant, a déclaré Sheikhi, les échafaudages sont imparfaits.
“Les hydrogels en vrac manquent de pores interconnectés, et les pores qu'ils possèdent sont environ trois ordres de grandeur plus petits que ceux nécessaires à l'infiltration cellulaire ou à la vascularisation, ce qui nécessite une dégradation et un remodelage qui peuvent prendre des semaines, voire des mois”, a déclaré Sheikhi. “Ils ont été utilisés comme base pour la revascularisation des tissus, mais ils donnent lieu à une vascularisation lente et à des réseaux vasculaires aléatoires.”
Ce retard peut entraîner divers résultats négatifs, tels qu'un sérome, une accumulation de liquide à l'intérieur du corps qui peut survenir après une intervention chirurgicale, une infection et un échec reconstructif. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont élaboré une approche à deux volets, Sheikhi s'associant à Dino Ravnic, auteur co-correspondant de l'étude et titulaire de la chaire Huck en médecine régénérative et en sciences chirurgicales et professeur agrégé de chirurgie.
Sheikhi et son laboratoire ont déjà conçu des échafaudages d'hydrogel granulaires (GHS), qui sont des biomatériaux uniques fabriqués à partir de particules de gel emballées ou de microgels. Contrairement aux hydrogels en vrac, qui, selon Ravnic, sont couramment utilisés en chirurgie, le GHS permet aux vaisseaux sanguins de repousser selon un schéma défini. Cela contraste avec les hydrogels en vrac, dans lesquels les vaisseaux sanguins prennent une apparence aléatoire à mesure qu'ils repoussent dans les hydrogels en vrac.
“Non seulement nous pouvons induire la croissance des vaisseaux sanguins, mais nous pouvons également la modéliser en fonction de la fonction du tissu”, a déclaré Ravnic. “Par exemple, les capillaires cutanés sont nettement différents des capillaires oculaires, qui sont nettement différents des capillaires du cœur, qui sont différents de ceux du côlon. Si vous souhaitez créer une plate-forme régénératrice pour un tissu particulier, vous J'ai besoin du lit capillaire qui permet que cela se produise, semblable à un modèle architectural. »
Selon Ravnic, leur approche pourrait permettre la réparation et la régénération des tissus n’importe où dans le corps.
“La combinaison des deux technologies pourrait être utilisée pour favoriser une réparation tissulaire réussie dans n'importe quelle partie du corps, soit en modifiant légèrement l'approche chirurgicale et/ou le GHS pour les appliquer là où elles sont nécessaires chez le patient”, a déclaré Ravnic. “De plus, au lieu de remplacer les tissus endommagés ou perdus par du tissu cicatriciel, vous les régénérez.”
La méthode chirurgicale de Ravnic utilise une technique connue sous le nom de microponction. Cette technique consiste à perforer un vaisseau sanguin existant à l’aide d’une petite aiguille pour aider les cellules à se déplacer rapidement dans les tissus environnants. Cela favorise la croissance angiogénique, où de nouveaux vaisseaux sanguins se développent et s'étendent à partir de ceux existants. La technique de microponction prévient la formation de caillots sanguins et d’hémorragies importantes, problèmes courants en chirurgie vasculaire conventionnelle.
Après la microponction, les chercheurs peuvent appliquer le GHS directement sur la zone de la plaie où la formation des tissus doit se produire, ce qui sert de minuscules éléments de base pour créer un cadre favorisant la formation des vaisseaux sanguins. Le GHS présente une architecture vide bien définie, fournissant des paramètres pour guider les vaisseaux sanguins à mesure qu'ils se développent.
Les chercheurs ont testé la plateforme en appliquant la technique GHS/microchirurgie aux membres postérieurs de rats. Ils ont constaté que les vaisseaux sanguins s’établissaient autour du GHS en sept jours, sans aucun effet nocif observé. Les chercheurs ont également découvert qu’en utilisant des GHS de différentes tailles de microgels, ils pouvaient contrôler les distances entre les capillaires dans le modèle de vaisseau résultant.
“Nous sommes convaincus que cette nouvelle plateforme de GHS et de microchirurgie pour la chirurgie reconstructive et la médecine régénérative aidera les patients à développer rapidement de nouveaux vaisseaux sanguins”, a déclaré Sheikhi.
