Revêtements à base d’amine pour améliorer l'intégration tissulaire des implants: comprendre les mécanismes biologiques sous-jacents – AMINOCOAT

Le vieillissement de la population dans les pays développés va encore augmenter les déficiences osseuses dues à des pathologies telles que l'ostéoporose. Par conséquent, le besoin d'implants bioactifs ayant la capacité de s'intégrer dans l'os ostéoporotique va augmenter considérablement. Il a été démontré que les modifications de la chimie et de la topographie de surface améliorent l'intégration tissulaire des implants osseux. Dans un récent travail commun utilisant des modèles de surfaces microfabriquées, nous avons démontré la prédominance de l'influence de la chimie de surface par rapport à la topographie dans la réponse des cellules osseuses humaines. La fonctionnalisation par des amines de substrats de silicium revêtus de titane à rainures géométriques grâce à un polymère plasma de poly(allylamine) a permis d'abroger le guidage cellulaire (ou 'contact guidance') le long des micro-rainures.
C'était la première démonstration de la possibilité de surmonter un signal topographique fort en changeant la chimie de surface.
Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer cet effet : (a) les interactions électrostatiques élevées qui se produisent entre une membrane cellulaire chargée négativement et les résidus amino chargés positivement ; (b) l'adsorption accrue des protéines d'adhésion cellulaire présentes dans le sérum avec une conformation plus efficace qui permet l'interaction avec les récepteurs d'intégrines ; (c) la capacité des résidus de polyamines libérés dans le milieu de culture à favoriser la formation de prolongements cellulaires.
Cependant, ce résultat original obtenu par nos deux groupes avec des revêtements de polymères plasma de poly(allylamine) doit maintenant être analysé plus en profondeur pour déterminer le rôle des propriétés physico-chimiques de surface sur le comportement cellulaire observé et les mécanismes biologiques impliqués.
Dans l'objectif de déterminer le rôle de la densité de surface et/ou de volume des groupes amines dans cette réponse cellulaire, nous proposons de développer des nanocouches contrôlées riches en amines en utilisant trois techniques différentes permettant d'augmenter les niveaux de contrôle de la composition chimique : (a) la polymérisation plasma de l'allylamine, (b) le greffage covalent de nano-revêtements riches en amines à base de polymère avec une teneur variable en groupes amines, et (c) des monocouches auto-assemblées avec des groupes amines terminaux.
Sur ces surfaces organiques riches en amines parfaitement caractérisées, nous explorerons en profondeur quelles protéines du sérum sont adsorbées sur la surface, en quelle quantité et comment elles sont conformées.
Pour vérifier le potentiel d'adhésion et d' abrogation de ces différentes surfaces en relation avec la densité et l'organisation des groupes amines, la morphologie des cellules osseuses humaines sera évaluée sur des cellules vivantes et fixées sur des substrats rainurés revêtus. L'organisation et la dynamique du cytosquelette et des adhésions focales seront quantifiées pour développer un modèle cellulaire in silico et déterminer la force d'adhésion et les propriétés mécaniques des cellules adhérant sur les nanocouches riches en amines. Afin d'approfondir l'analyse des mécanismes cellulaires impliqués dans la réponse cellulaire, la signalisation et l'expression génique des cellules seront analysées.
La compréhension du mécanisme d'action de ces nanocouches riches en amines apportera des connaissances de base essentielles à l'amélioration des implants bioactifs pour les os âgés déficients.