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RÉSUMÉ
Les biomatériaux à base de collagène sont couramment utilisés pour la cicatrisation de plaies et en ingénierie tissulaire. Cet article rappelle le rôle biologique du collagène et sa structure hautement hiérarchisée avant de décrire les procédés d’obtention et de mise en forme du collagène naturel pour la préparation de biomatériaux. Les applications de ces matériaux sont détaillées. La synthèse de mimes artificiels de collagène est ensuite abordée. Une partie de l’article est consacrée à un exemple d’hydrogel préparé par procédé sol-gel à partir d’un peptide hydride inspiré du collagène. Enfin, les perspectives ouvertes par l’impression 3D sont exposées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Cécile ECHALIER : Docteur en chimie, spécialisée en ingénierie biomoléculaire - Doctorat réalisé au sein de l’Institut des Biomolécules Max Mousseron, UMR 5247, et de l’Institut Charles Gerhardt de Montpellier, UMR 5253 Université de Montpellier, CNRS, ENSCM, Montpellier, France – Actuellement en post-doctorat au Laboratoire Européen de Biologie Moléculaire, Heidelberg, Allemagne
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Ahmad MEHDI : Professeur à l’Université de Montpellier - Institut Charles Gerhardt de Montpellier, UMR 5253 Université de Montpellier, CNRS, ENSCM, Montpellier, France
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Jean MARTINEZ : Professeur à l’Université de Montpellier - Institut des Biomolécules Max Mousseron, UMR 5247 Université de Montpellier, CNRS, ENSCM, Montpellier, France
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Gilles SUBRA : Professeur à l’Université de Montpellier - Institut des Biomolécules Max Mousseron, UMR 5247 Université de Montpellier, CNRS, ENSCM, Montpellier, France
INTRODUCTION
Les brûlures représentent la 2e cause de mortalité accidentelle chez l'adulte. Chaque année en France, près de 400 000 personnes sont victimes de brûlures, 10 000 d’entre elles nécessitent une hospitalisation, et 1 000 décèdent de leurs suites. Par ailleurs, le diabète est diagnostiqué chez 3 millions de Français. Les hyperglycémies répétées et prolongées entraînent une altération des nerfs et des vaisseaux qui conduit chaque année à 10 000 amputations de pieds et d’orteils. 85 % de ces amputations ont pour origine un ulcère du pied non cicatrisant. Enfin, l’arthrose est une maladie ostéo-articulaire qui touche 10 millions de Français et se caractérise entre autres par une dégradation du cartilage. Le point commun entre une brûlure, un ulcère et l’arthrose est un tissu lésé qui peine à se régénérer. Pour aider ce tissu à se réparer ou pour le remplacer, on peut avoir recours à un matériau de reconstitution compatible avec le milieu physiologique, un biomatériau. Le biomatériau va idéalement interagir avec les cellules, les aider à proliférer et les guider vers le développement d’un nouveau tissu sain. Le collagène, en tant que composant majoritaire de la matrice extracellulaire, est un précurseur de choix pour la préparation de biomatériaux.
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Conclusion : vers des tissus synthétiques biomimétiques
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5. Impression 3D de matériaux à base de collagène
La forme géométrique d’un biomatériau est également très importante pour certaines applications. Les différentes formes auxquelles on peut accéder par simple moulage d’une solution précurseur sont limitées. En revanche, l’impression 3D permet de concevoir des matériaux de pratiquement n’importe quelle complexité géométrique. Des implants avec une forme spécifique au patient peuvent être conçus sur mesure et imprimés pour s’intégrer parfaitement sur le site de la lésion. Il est possible de s’appuyer sur des images médicales, obtenues par tomodensitométrie (CT-scan) ou résonance magnétique (IRM) par exemple, pour concevoir l’implant. Un fichier 3D est tout d’abord généré à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Ce fichier sert de plan ; il contient les instructions qui permettent à l’imprimante de déposer la matière à l’endroit voulu. Durant le processus d’impression, l’objet tridimensionnel est construit par empilement successif de fines couches : on parle de fabrication additive . Différentes techniques d’impression 3D existent ; deux d’entre elles sont présentées ici au travers d’exemples : l'impression par jet d'encre sur poudre et l'impression par extrusion.
L’impression par jet d’encre sur poudre utilise un cylindre pour étaler une fine couche de poudre sur la plateforme de construction. La tête d’impression se déplace ensuite pour projeter un liant liquide sous forme de microgouttelettes. La poudre se solidifie au contact du liant. Puis la plateforme s’abaisse, une nouvelle couche de poudre est déposée puis liée, et ainsi de suite jusqu’à l’obtention de l’objet 3D complet. Une des limites de cette méthode est qu’il reste souvent des résidus de poudre au sein des matériaux imprimés.
Inzana et al. ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ABOU NEEL (E.A.), BOZEC (L.), KNOWLES (J.C.), SYED (O.), MUDERA (V.), DAY (R.), HYUN (J.K.) - Collagen – Emerging collagen based therapies hit the patient. - Adv. Drug Deliv. Rev. 65 429–456. doi :10.1016/j.addr.2012.08.010 (2013).
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(2) - CHATTOPADHYAY (S.), RAINES (R.T.) - Collagen-based biomaterials for wound healing : Collagen-Based Biomaterials. - Biopolymers. 101 821–833. doi :10.1002/bip.22486 (2014).
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(3) - FALLAS (J.A.), O’LEARY (L.E.R.), HARTGERINK (J.D.) - Synthetic collagen mimics : self-assembly of homotrimers, heterotrimers and higher order structures. - Chem. Soc. Rev. 39 3510–3527. doi :10.1039/B919455J (2010).
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(4) - YU (S.M.), LI (Y.), KIM (D.) - Collagen mimetic peptides : progress towards functional applications. - Soft Matter. 7 7927–7938. doi :10.1039/C1SM05329A (2011).
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(5) - LUO (T.), KIICK (K.L.) - Collagen-like peptides and peptide-polymer conjugates in the design of assembled materials. - Eur. Polym. J. 49 2998–3009. doi :10.1016/j.eurpolymj.2013.05.013 (2013).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Congrès Gordon Research Conferences (GRC), deux thématiques différentes sont abordées lors de deux congrès distincts qui se déroulent aux Etats-Unis tous les deux ans (années impaires) : le collagène d’une part, et les biomatériaux et l’ingénierie tissulaire d’autre part.
https://www.grc.org/find-a-conference/
Congrès World Biomaterials Congress (WBC), le prochain aura lieu à Glasgow en mai 2020.
Congrès European Conference on Biomaterials, organisé par la Société Européenne de Biomatériaux (European Society for Biomaterials), le prochain se tiendra à Maastricht en septembre 2018.
http://www.esb2018maastricht.org/
Congrès et formations SelectBio, divers congrès et formations proposées, notamment le colloque « Bioprinting & 3D-Printing in the Life Sciences » qui se tiendra en juin 2018 à Rotterdam.
https://selectbiosciences.com/conferences.aspx
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