Développement d'un biomatériau pour la prévention des fistules salivaires en chirurgie cervico-faciale – BIOFISS

Le consortium de ce projet comprend un centre hospitalier, 2 laboratoires de recherche universitaires complémentaires spécialisés dans les biomatériaux, et 2 partenaires industriels dont un fabricant de DM. Ce projet est prévu pour une durée totale de 48 mois et est divisé en 5 principaux workpackages (WP) scientifiques et technologiques.

WP1 : Optimisation du biomatériau pour la prévention de la fistule salivaire (CIRIMAT/RESCOLL, BROTHIER, INSERM) (M0-M18)

Tâche 1.1 Préparation de la couche absorbante du biomatériau (M0-M8)

Tâche 1.2 Incorporation d'une couche imperméable (M8-M18)

WP2 : Caractérisation in vitro du biomatériau (INSERM, CIRIMAT) (M6-M36)

Tâche 2.1. Evaluation de la biocompatibilité et de la biodégradabilité in vitro

Tâche 2.2. Évaluation des propriétés cicatrisantes du biomatériau

Tâche 2.3. Évaluation des propriétés antimicrobiennes du biomatériau

WP3 : Essai in vivo (Institut Claudius Regaud/IUCTO) (M6-M48)

Tâche 3.1 Tests de bioadhésion, de biodégradation et de biocompatibilité sur modèle de pharyngotomie chez le rat et lors de l'implantation sous-cutanée chez la souris (M12-M24)

Tâche 3.2 Essai in vivo sur modèle de mini-porc (M1-M48)

Tâche 3.2.1 Développement du modèle d'irradiation du cou chez le miniporc (M1-M18)

Tâche 3.2.2 Développement du modèle de pharyngotomie chez le porc (M1-M18)

Tâche 3.2.3 Test d'efficacité du biomatériau par essai in vivo chez le miniporc (M24-M48)

WP4 : Evaluation, transfert et valorisation des technologies (BROTHIER / tous les partenaires)

Ce paragraphe résume les résultats des tâches principales de ce projet.

Tâche 1.1

Des complexes polyélectrolytes (PEC) de ratio massique d'alginate/chitosane 80/20 et 70/30 ont été produits et leurs propriétés ont été testées. Les PEC avec un rapport de masse de 80/20 ont présenté un taux de gonflement et de dégradation plus élevé. Toutes les matrices PEC obtenues présentaient des propriétés mécaniques satisfaisantes et étaient suturables.

Tâche 1.2

Après le développement du processus d'électrofilage, un revêtement imperméable de poly DL-Lactide-co-glycolide (PDLG) a été incorporée à la matrice absorbante. Une bonne qualité d'adhérence entre les deux couches a été obtenue, ainsi qu'une bonne hydrophobicité et imperméabilité.

Tâche 2.1

L'évaluation de la cytotoxicité in vitro a été réalisée selon la norme ISO 10993. Cela a montré une meilleure cytocompatibilité pour le ratio Alg/Chi 80/20 que le 70/30. La stérilisation par irradiation par faisceau d'électrons à la dose de 25 kGy à -20°C permet d'obtenir un biomatériau cytocompatible.

Tâche 3.1

Des essais de tolérance (biocompatibilité), biorésorption et bioadhésion ont ensuite été menés chez 10 souris, après implantation d’un patch de DM dans chaque flanc, et chez 29 rats après implantation cervicale après pharyngotomie. Cela a permis de confirmer que la biocompatibilité du DM semblait acceptable. On notait toutefois des cas de désunion de cicatrice avec une possible infection clinique de cause indéterminée. La réaction inflammatoire autour des fragments de DM demeurait importante, même à J30, avec une résorption incomplète du DM. Le dosage d’un panel de cytokines n’a pas retrouvé d'élévation marquée des marqueurs de l’inflammation entre le temps pré-opératoire (t0) et l’euthanasie (t1).

Tâche 3.2.3

Enfin, un essai d’efficacité a été mené chez 30 miniporcs. La moitié des miniporcs recevait une irradiation pharyngolaryngée (de 17Gy) unique un mois avant la chirurgie. La chirurgie consistait en une pharyngectomie postérieure avec suture du pharynx (élément à risque de fistule, particulièrement en terrain irradié) et application du DM (n = 20) ou non (n = 10) selon une randomisation effectuée en per-opératoire, après suture pharyngée.

Les animaux étaient euthanasiés à 1 mois, ou plus tôt en cas de signe de fistule ou d’atteinte des points limites. Un total de 7 fistules sont survenues, sans différence entre le groupe DM et le groupe contrôle (respectivement 25% vs 20%). Elles se manifestaient par une perte de poids et une altération de l’état général, et étaient confirmées à l’examen macroscopique puis microscopique de l’explant. Le taux de fistule était, de manière non significative, légèrement plus bas dans le groupe DM en l’absence d’irradiation (0% vs 20%), et à l’inverse plus haut dans le groupe DM en cas d’irradiation préalable (50% vs 20%). Il y avait une tendance statistique pour un risque accru de fistule en terrain irradié vs non irradié (p=0.08).

Nous sommes parvenus à moduler les propriétés mécaniques et physico-chimiques (absorption, résorption, cytotoxicité) de ce DM au design innovant pour répondre au cahier des charges, et à les maintenir après stérilisation. Néanmoins, le DM ne semble pas avoir prouvé suffisamment d’efficacité pour justifier d’effectuer à ce jour des essais cliniques chez l’humain. Les résultats de notre essai d’efficacité sont malheureusement négatifs en terrain irradié. Or, c’est sur ce terrain que surviennent le plus grand nombre de fistules, et où l’intérêt clinique et médico-économique est le plus important.

Le besoin clinique reste fort, et le développement d'un pareil DM reste donc un objectif de notre équipe, en se basant sur les résultats de cette étude. Plusieurs pistes d’amélioration restent débattues, tant au niveau du DM que du design de l’expérimentation animale :

- Améliorer la bioadhésion du DM ;

- Améliorer l’imperméabilité du revêtement hydrophobe ;

- Ajout d’une propriété bioactive, anti-oxydante ou anti-inflammatoire pour optimiser son fonctionnement en terrain irradié, ou pro-cicatrisante via un relargage de facteurs de croissance (toutefois non recommandée dans ce contexte oncologique) ;

- Utiliser un autre modèle animal avec section et anastomose pharyngo-oesophagienne, ou améliorer la méthode d’application du DM ;

- Augmenter le nombre d’animaux inclus.

Ce projet, ambitieux par l’inclusion d’essais en terrain irradié, rappelle les difficultés induites par l’irradiation, en altérant la physiopathologie cellulaire et tissulaire, et donc la métabolisation et le fonctionnement d’un éventuel biomatériau. Ce projet aura ainsi permis d’approfondir les connaissances sur la physiologie des biomatériaux en terrain irradié, la modulation des propriétés des biomatériaux à base d’alginate et de chitosane, et de développer le seul modèle de fistule pharyngée chez le grand animal.

en cours

Contexte :
Les cancers de la tête et du cou sont fréquents, au 4ème rang en termes d’incidence. La (pharyngo) laryngectomie totale ((P)LT) est une intervention courante pour le traitement des cancers pharyngo-laryngés et entraine la séparation définitive entre l’axe respiratoire et l’axe digestif (néo-pharynx). La complication la plus fréquente de cette chirurgie est la fistule salivaire (FS) (incidence de 20 % à 65 %). Il s’agit d’une fuite de salive entre les sutures du néo-pharynx. Un des principaux facteurs de risque est un antécédent d’irradiation. La salive, en s’écoulant dans le cou, entraîne une morbidité élevée i.e. augmentation de la durée d’hospitalisation, reprise chirurgicale, risque de rupture vasculaire et de décès i.e. rupture de carotide. Il n'existe aucune solution actuelle pour réduire l'incidence des FS.
Objectifs et moyens :
Le projet BIOFISS vise à développer un biomatériau innovant (DM) sous la forme d'un film double couche pour la prévention des FS. Le projet réunit un consortium adapté avec un établissement de santé spécialisé en cancérologie (IUCT-O), 2 laboratoires de recherche académique spécialisés dans les biomatériaux (CIRIMAT et INSERM UMR 1121), 2 partenaires industriels (RESCOLL et Brothier) dont un fabricant de DM spécialisé en alginate, un des constituants du DM.
Ce projet s’appuie sur des résultats préliminaires concernant le design de biomatériaux à base d’alginate (CIRIMAT).
Les 4 objectifs principaux du projet BIOFISS sont 1) mise au point du DM pour obtenir les propriétés physico-chimiques et biologiques adaptées à la prévention des FS; 2) caractérisation de ses propriétés in vitro (biocompatibilité, propriétés mécaniques, bio adhésion, dégradation); 3) évaluation in vivo; 4) valorisation, transfert technologique.
Matériels et Méthodes :
Ce projet prévu sur une durée totale de 48 mois est divisé en 5 axes scientifiques (WP) :
1. WP0 : coordination du projet (IUCT-O/tous les partenaires)
2. WP1 : Optimisation du biomatériau pour la prévention de la FS avec 2 tâches : 1) développement de la couche imperméable; 2) développement de la couche absorbante. Cet axe sera coordonné par le CIRIMAT en utilisant les technologies de RESCOLL et de l’INSERM 1121. Brothier fournira l’alginate et apportera ses connaissances sur ces matériaux.
3. WP2 : caractérisation in vitro des propriétés physicochimiques du DM ; axe coordonné par l’INSERM 1121 en lien avec le CIRIMAT. 3 taches seront réalisées :1) évaluation de la biocompatibilité ; 2) évaluation des propriétés de cicatrisation; 3) évaluation des propriétés antimicrobiennes
4. WP 3 : évaluation in vivo (IUCT-O) avec 4 tâches : 1) évaluation de la biocompatibilité et de la bioadhésion sur un modèle de pharyngotomie de rat; 2) mise au point d’un modèle de mini-porc irradié; 3) mise au point d’un modèle de mini-porc laryngectomisé; 4) évaluation de l’efficacité du DM sur des porcs laryngectomisés avec ou sans irradiation
5. WP4 : évaluation des résultats, transfert et valorisation des technologies (laboratoire Brothier)
Résultats attendus :
Conformément l’appel à projet ANR, le but de notre projet est de concevoir un DM innovant visant à réduite le taux de FS chez les patients opérés d’une (P)LT. En se basant sur un consortium fort, l’ensemble des données collectées pendant le projet apporteront les preuves d’efficacité et de sécurité du nouveau DM pour le lancement d’un essai clinique dans la prévention du risque de FS après chirurgie cervico-faciale.
Le champ d'utilisation du biomatériau pourrait être plus large que celui des (P)LT, c'est-à-dire être utile pour de nombreuses chirurgies cervico-faciales (cancer ou non) ou même en chirurgie digestive.
BIOFISS permettra de pérenniser la collaboration entre les partenaires industriels en vue de la commercialisation de ce nouveau Biomatériau. Une nouvelle ligne de production, qui nécessitera le recrutement de personnels qualifiés sera créée au sein de Brothier pour la fabrication de ce nouveau DM