(Correspondante/LI Murong) Le 15 février, Nature Communications a mis en ligne les dernières avancées de l'équipe du professeur FAN Yubo, scientifique en chef du Centre d'innovation scientifique et technologique croisée en médecine et en ingénierie de l'Institut international d'innovation de l'Université Beihang, dans le domaine des nouveaux matériaux de réparation de la dure-mère : Janus decellularized membrane with anisotropic cell guidance and anti-adhesion silk-based coatings for spinal dural repair. L'étude a développé une nouvelle approche fondée sur l’utilisation d’une membrane décellularisée à guidage cellulaire anisotrope et de revêtements en soie anti-adhésion pour la réparation de la dure-mère spinale. Le professeur FAN Yubo est co-auteur correspondant de l’article, et l’Institut international d’innovation de l’Université Beihang en est l’établissement principal.
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https://www.nature.com/articles/s41467-025-56872-0
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Ce travail a été réalisé avec le soutien du projet T2288101 du Centre des sciences fondamentales de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.
La dure-mères pinale (spinal dura mater) est un tissu clé qui protège la moelle épinière et prévient les fuites de liquide céphalo-rachidien et les adhérences épidurales. Cependant, lors des interventions chirurgicales de la colonne vertébrale et de la neurochirurgie, les lésions de la dure-mère entraînant des fuites de liquide céphalo-rachidien sont une complication postopératoire courante, avec une incidence allant de 4 % à 32 %. Actuellement, les matériaux utilisés dans la pratique clinique pour la réparation de la dure-mère présentent de nombreuses limitations, telles que des sources limitées, une inadéquation entre le taux de dégradation et la régénération tissulaire, et un risque élevé d’inflammation et d'adhérence épidurale. Le développement d’un nouveau matériau doté de propriétés mécaniques adaptées, capable à la fois de favoriser la régénération de la dure-mère et d’inhiber l’adhérence épidurale, est un sujet de recherche majeur dans ce domaine.
L'équipe du professeur FAN Yubo a mis au point une membrane Janus innovante à partir de la sous-muqueuse intestinale grêle (SIS). Grâce à un revêtement d’hydrogel à base de soie appliqué à sa surface, la membrane assure à la fois la réparation de la dure-mère et la prévention des adhérences épidurales. La face interne, composée d’un revêtement microstructuré (SFMA) associant de la fibroïne de soie (SF) et de la fibroïne méthacrylée (SilMA), guide la croissance orientée des cellules et favorise la régénération de la dure-mère. La face externe, constituée d’un mélange d’acide hyaluronique méthacrylé (HAMA) et de SilMA, empêche l’adsorption des protéines et l’adhésion cellulaire, inhibant ainsi la fibrose épidurale (Figure 1).
△ Figure 1. Conception et préparation de la membrane Janus de la sous-muqueuse intestinale grêle (SIS) pour la régénération de la dure-mère
Afin de stabiliser la structure du revêtement à micro-rainures SFMA après absorption d'eau, l'étude a adopté un processus de traitement thermique à la vapeur d'eau. Comme le montre la Figure 2, par rapport au revêtement à micro-rainures non traité, la structure secondaire du revêtement à micro-rainures SFMA après traitement à la vapeur d'eau change, ce qui entraîne une amélioration significative de ses propriétés mécaniques et sa stabilité structurelle.
△ Figure 2. Le recuit à la vapeur d'eau améliore les propriétés mécaniques et la stabilité structurelle du revêtement à micro-rainures SFMA
La force de liaison entre le revêtement à micro-rainures SFMA et le substrat SIS modifié SFMA est maximale, et cette liaison est améliorée après recuit à la vapeur d'eau par rapport à celle du revêtement non traité. Les résultats montrent que la liaison covalente de la réaction de photodurcissement et l'interaction physique de pli β médiée par le traitement à la vapeur d'eau améliorent de manière synergique la force de liaison interfaciale entre le revêtement à micro-rainures SFMA et le substrat SIS.
△ Figure 3. Le photodurcissement et le recuit à la vapeur d'eau améliorent la force de liaison interfaciale entre le revêtement à micro-rainures SFMA et le substrat SIS
L'étude a utilisé un modèle expérimental animal de rat SD pour vérifier davantage la stabilité des micro-rainures et leur intégration aux tissus. Comme le montre la Figure 4, la structure des micro-rainures a commencé à se désintégrer 28 jours après l'implantation et un grand nombre de cellules hôtes étaient réparties dans les micro-rainures. La surface des micro-rainures SFMA et la surface SFMA-SIS présentaient toutes deux une formation de capsule fibreuse similaire et le revêtement des micro-rainures était bien intégré au tissu hôte. La surface des micro-rainures SFMA et la surface SFMA-SIS étaient toutes deux dominées par des macrophages Arg-1 positifs, confirmant que le revêtement des micro-rainures SFMA est similaire à la membrane SIS bioactive et peut favoriser la polarisation des macrophages vers le phénotype M2.
△ Figure 4. Le revêtement à micro-rainures SFMA s'intègre bien au tissu hôte et favorise la polarisation des macrophages M2
L'évaluation histologique a montré (Figure 5) que 14 jours après l'implantation, la surface du revêtement HAMA-SilMA agissait comme une barrière protectrice, était clairement séparée du tissu hôte et bloquait efficacement l'invasion des cellules et des tissus hôtes, réduisant ainsi le degré d'adhésion tissulaire. Les macrophages du côté HAMA-SilMA présentaient un phénotype M1 plus élevé et montraient une capsule fibreuse plus fine et une expression plus faible de fibroblastes α-SMA positifs.
△ Figure 5. Le revêtement HAMA-SilMA inhibe la croissance tissulaire et réduit la formation de fibrose
L'étude a utilisé un modèle de laminectomie pour créer des défauts de la dure-mère afin d'évaluer l'effet thérapeutique de la membrane Janus SIS in vivo (Figure 6). La coloration H&E et la coloration au trichrome de Masson ont montré qu'un tissu collagène néoformé continu a été observé dans la zone de défaut de la dure-mère du groupe Janus SIS, ce qui était très similaire au tissu normal de la dure-mère.
△ Figure 6. Dans un modèle de lésion de la dure-mère spinale chez le rat, la membrane Janus SIS favorise une régénération in situ significative
En résumé, l'étude fournit une nouvelle solution de biomatériau pour la réparation de la dure-mère, tout en offrant de nouvelles idées pour le développement de matériaux Janus avec une structure et une fonction biomimétique. Le concept de conception et la méthode de préparation de la membrane Janus pourraient être largement utilisés dans d’autres domaines de réparation des tissus mous, offrant des stratégies de réparation plus efficaces et plus sûres pour le traitement clinique.
Après plusieurs années d’efforts constants, l’Institut international d’innovation de l’Université Beihang poursuit résolument sa quête des frontières technologiques médicales. Grâce à la science et à l’innovation, il œuvre à la protection de la santé humaine, soutient l’autonomie scientifique et technologique de haut niveau, et apporte sa contribution à l’édification d’un pays fort par la science et la technologie.
Révision : DONG Zhuoning, ZHANG Wei, XU Shiwen
Édition : Yuan Xiaohui
