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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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Exemple d’un hydrogel inspiré du collagène obtenu par sol-gel
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3. Vers des collagènes artificiels : synthèse et mimes de structure
L’utilité du collagène naturel pour la préparation de biomatériaux est indubitable. Cependant, son origine et son extraction sont problématiques (§ 2) :
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grandes quantités de tissus requises ;
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coût de production élevé ;
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risques d’endommager le collagène lors de l’extraction ;
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variabilité de la qualité du collagène d’un lot à l’autre ;
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problèmes d’immunogénicité et de contamination.
De façon générale, ce sont des inconvénients associés à tous les polymères naturels. À l’opposé, les polymères synthétiques tels que le poly(acide lactique) ou le polyéthylène glycol sont faciles à produire à grande échelle de manière contrôlée et sont bien définis. Ils permettent de fabriquer des matériaux de façon reproductible. On leur reproche malheureusement d’être bio-inertes dans le sens où ils sont biocompatibles mais incapables de stimuler une réponse biologique. Combiner les avantages des polymères naturels et synthétiques pour obtenir un précurseur bioactif facile à préparer est un véritable challenge.
Par conséquent, plusieurs groupes de recherche se sont intéressés à la préparation de collagène synthétique. Compte tenu de la taille des chaînes polypeptidiques qui forment naturellement le collagène (1 050 acides aminés), il n’est pas envisageable de les synthétiser pas à pas (i.e. acide aminé par acide aminé). La stratégie consiste à synthétiser des polypeptides plus courts dont la séquence est inspirée du collagène puis à forcer leur auto-assemblage ou leur polymérisation. Il a été démontré que trois répétitions du triplet Pro-Hyp-Gly (i.e. nonapeptide) suffisent pour que le peptide adopte une...
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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).
-
(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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