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Lorsque des dispositifs médicaux sont implantés dans le corps, le système immunitaire les attaque souvent, produisant un tissu cicatriciel autour du dispositif. Cette accumulation de tissu, appelée fibrose, peut interférer avec le fonctionnement du dispositif.

Un dispositif pour prévenir la fibrose produite par des implants

Des chercheurs du MIT ont mis au point un nouveau moyen de prévenir la fibrose en incorporant un médicament immunosuppresseur cristallisé dans des dispositifs. Après l’implantation, le médicament est lentement sécrété pour atténuer la réponse immunitaire dans la zone entourant le dispositif.
«Nous avons développé une formulation de médicament cristallisé qui peut cibler les principaux acteurs impliqués dans le rejet des implants, en les supprimant localement et en permettant au dispositif de fonctionner pendant plus d’un an», déclare Shady Farah, postdoctorant du MIT et chercheur au Boston Children’s Hospital qui commence bientôt à occuper un nouveau poste de professeur adjoint à la faculté d’ingénierie chimique de Wolfson et à l’institut de nanotechnologie Russell Berrie de l’institut de technologie Technion-Israel.
Les chercheurs ont montré que ces cristaux pouvaient améliorer les performances des cellules pancréatiques encapsulées, qu’ils développent comme traitement pour les patients atteints de diabète de type 1. De tels cristaux pourraient également être appliqués à une variété d’autres dispositifs médicaux implantables, tels que des stimulateurs cardiaques, des stents ou des capteurs.
Joshua Doloff, ancien postdoctorant au MIT, actuellement professeur adjoint en génie biomédical et en science des matériaux et membre du centre d’ingénierie tissulaire translationnelle de la faculté de médecine de l’Université Johns Hopkins, est également l’un des auteurs principaux de l’article publié dans Nature Materials, le 24 juin. Daniel Anderson, professeur agrégé au département de génie chimique du MIT et membre de l’Institut de recherche intégrative sur le cancer Koch (MIT) et de l’Institut pour le génie médical et la science (IMES), est l’auteur principal de cet article.

La fibrose est un obstacle majeur

Le laboratoire d’Anderson est l’un des nombreux groupes de recherche travaillant sur les moyens d’encapsuler des cellules d’îlots pancréatiques et de les transplanter chez des patients diabétiques, dans l’espoir que ces cellules pourraient remplacer les cellules pancréatiques non fonctionnelles et éliminer le besoin de s’injecter de l’insuline à tous les jours.
La fibrose est un obstacle majeur à cette approche, car le tissu cicatriciel peut bloquer l’accès des cellules à l’oxygène et aux nutriments. Dans une étude menée en 2017, Anderson et ses collègues ont montré que l’administration systémique d’un médicament qui bloque les récepteurs cellulaires d’une protéine appelée CSF-1 peut prévenir la fibrose en supprimant la réponse immunitaire aux dispositifs implantés. Ce médicament cible les cellules immunitaires appelées macrophages, qui sont les principales cellules responsables du déclenchement de l’inflammation menant à la fibrose.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont cherché à trouver un moyen de charger le médicament directement dans un dispositif implantable, afin d’éviter de donner aux patients des médicaments qui supprimeraient tout leur système immunitaire. «Si vous avez un petit appareil implanté dans votre corps, vous ne voulez pas que tout votre corps soit exposé à des médicaments qui affectent le système immunitaire, et c’est pourquoi nous sommes intéressés à créer des moyens de libérer les médicaments venant de l’appareil.”, Dit Anderson.
Pour y parvenir, les chercheurs ont décidé d’essayer de cristalliser les médicaments, puis de les incorporer dans l’appareil. Cela permet aux molécules du médicament d’être emballées, ce qui permet de miniaturiser le dispositif de libération du médicament. Un autre avantage est que la dissolution des cristaux prend beaucoup de temps, ce qui permet une libération prolongée.
Tous les médicaments ne peuvent pas être facilement cristallisés, mais les chercheurs ont découvert que l’inhibiteur du récepteur du CSF-1 qu’ils utilisaient pouvait former des cristaux et qu’ils pouvaient contrôler la taille et la forme des cristaux, ce qui détermine le temps qu’il faut au médicament pour se décomposer une fois qu’il est dans le corps.
«Nous avons montré que les médicaments étaient diffusés très lentement et de manière contrôlée», explique Farah. «Nous avons pris ces cristaux et les avons insérés dans différents types d’appareils et nous avons montré qu’à l’aide de ces cristaux, nous pouvions permettre à l’appareil médical d’être protégé pendant une longue période, permettant ainsi à l’appareil de continuer à fonctionner.

Des cellules pancréatiques encapsulées

Pour vérifier si ces formulations cristallines pouvaient augmenter l’efficacité des cellules pancréatiques encapsulées, les chercheurs ont incorporé les cristaux de médicament dans des sphères d’alginate de 0,5 millimètre de diamètre. Lorsque ces sphères ont été transplantées dans l’abdomen ou sous la peau de souris diabétiques, elles n’ont pas provoqué de fibrose pendant plus d’un an. En outre, les souris n’ont pas eu besoin d’injections d’insuline car les cellules des îlots pancréatiques étaient en mesure de contrôler leur taux de sucre dans le sang, comme le pancréas le ferait normalement.
«Au cours des trois dernières années, notre équipe a publié sept articles dans la revue Nature – il s’agit du septième – élucidant les mécanismes de la biocompatibilité», déclare Robert Langer, professeur de l’Institut David H. Koch au MIT et auteur du document. «Celles-ci comprennent une compréhension des cellules et des récepteurs clés impliqués, comme des géométries optimales d’implants et des emplacements physiques dans le corps, et maintenant, dans cet article, des molécules spécifiques pouvant conférer une biocompatibilité.
Pris ensemble, nous espérons que ces documents ouvriront la porte à une nouvelle génération d’implants biomédicaux pour traiter le diabète et d’autres maladies. Les chercheurs estiment qu’il devrait être possible de créer des cristaux plus durables que ceux étudiés dans ces expériences, en modifiant la structure et la composition des cristaux de médicament.

Ces formulations pourraient prévenir la fibrose produite par d’autres dispositifs implantables

De telles formulations pourraient également être utilisées pour prévenir la fibrose produite par d’autres dispositifs implantables. Dans cette étude, les chercheurs ont montré que le médicament cristallin pouvait être incorporé dans un PDMS, un polymère fréquemment utilisé pour les dispositifs médicaux, mais également pour revêtir les composants d’un capteur de glucose et d’un dispositif de stimulation électrique musculaire, comprenant des matériaux tels que le plastique et du métal.
«Cela ne serait pas seulement utile pour notre thérapie cellulaire, mais pourrait également être utile pour faire fonctionner un certain nombre de dispositifs différents à long terme», déclare Anderson.
Source : MIT
Crédit photo : Pixabay

Encapsuler des cellules pancréatiques pour traiter le diabètemartinTechnologie
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