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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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Biomatériaux à base de collagène naturel
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1. Structure multi-échelle et rôle biologique du collagène
Le collagène est la protéine la plus abondante du corps humain et le composant majoritaire de la matrice extracellulaire. Les fibres de collagène confèrent aux tissus une résistance mécanique à l’étirement.
Dans les tissus biologiques, les cellules sont entourées d’une matrice complexe et bioactive, la matrice extracellulaire. Elle apporte un soutien mécanique aux cellules, tout en régulant leur comportement. Elle intervient dans la survie, la prolifération, la migration et la différenciation des cellules. La composition de cette matrice varie d’un tissu à l’autre mais elle est globalement constituée d’un fluide interstitiel retenu par un réseau tridimensionnel formé de protéoglycanes hydratés (polysaccharides accrochés à une protéine centrale) et de protéines fibreuses, parmi lesquelles le collagène est la plus abondante.
En toute rigueur, le collagène ne désigne pas une seule protéine mais une famille de protéines. En effet, différents types de collagène ont été identifiés. Le collagène de type I, qui est largement majoritaire, se retrouve par exemple dans les os et la peau, tandis que le collagène de type II est plus présent dans le cartilage. Bien que chaque type de collagène possède une structure propre, ils présentent tous une structure commune hautement hiérarchisée (figure 1). Le collagène est composé de chaînes polypeptidiques rigoureusement organisées. La séquence en acides aminés du collagène, appelée structure primaire, est une répétition du tripeptide de séquence X-Y-Gly où Gly désigne la glycine et où X et Y sont des acides aminés naturels, le plus souvent proline et hydroxyproline, mais aussi parfois alanine et lysine. Les exceptions à ce motif répétitif sont très rares et la séquence Pro-Hyp-Gly (Proline-Hydroxyproline-Glycine) est la plus courante. Grâce à la présence majoritaire de ces trois résidus, ces chaînes polypeptidiques longues d’environ 1 000 résidus d’acides aminés adoptent une conformation en hélice de type polyproline II (PPII). Il s’agit d’une hélice dite ‘gauche’ car lorsqu’elle est représentée verticalement, sa chaîne s’élève en montant vers la gauche. Elle tourne dans le sens des aiguilles d’une montre en s’élevant...
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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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