Coupures, éraflures, ampoules, brûlures, échardes et piqûres peuvent toutes porter atteinte à l’intégrité de la peau. On traite la plupart des lésions simplement en les recouvrant, généralement d’un pansement adhésif pour préserver l’humidité, soulager la douleur et réduire l’exposition aux microbes. Toutefois, les pansements ne contribuent pas activement à la cicatrisation. Or, au cours des dernières années, on a mis au point des pansements plus évolués, qui ont une incidence sur la cicatrisation, notamment sur le pH et la température, et qui permettent la libération de médicaments à un endroit précis. Mais ces pansements sont coûteux et difficilement adaptables, ce qui limite leur utilisation à grande échelle.
Pour accélérer la cicatrisation des plaies, on dispose maintenant d’une nouvelle approche modulable, qui repose sur des hydrogels thermosensibles, actifs mécaniquement, extensibles, résistants, très adhérents et antimicrobiens : les pansements adhésifs actifs (PAA). Mis au point par des chercheurs de l’Institut Wyss de génie biomimétique de l’Université Harvard, de l’École John-A.-Paulson de génie et de sciences appliquées (SEAS) de l’Université Harvard et de l’Université McGill, les PAA permettent une fermeture des plaies beaucoup plus rapide et préviennent la croissance bactérienne sans nécessiter d’autres dispositifs ou stimuli. La revue Science Advancesa consacré un article à ces travaux.
« On peut recourir à cette technologie non seulement pour les lésions cutanées, mais également pour les plaies chroniques, comme les ulcères diabétiques et les plaies de lit, la libération de médicaments et la mise au point de traitements reposant sur la robotique douce », signale David Mooney, Ph. D., auteur-ressource de l’étude, membre fondateur et professeur à l’Institut Wyss, et titulaire de la chaire de la famille Robert-P.-Pinkas en génie biologique à la SEAS.
Les embryons comme source d’inspiration
Les créateurs du PAA se sont inspirés des embryons, dont la peau possède la propriété d’autoguérison, sans former de tissu cicatriciel. En effet, les cellules cutanées embryonnaires autour d’une plaie produisent des filaments composés de la protéine actine, qui se contractent afin de rapprocher les bords de la plaie, à la manière d’un sac à cordon qu’on referme. Les cellules cutanées perdent cette propriété lorsque le fœtus atteint un certain stade de développement, et toute lésion survenant par la suite entraîne de l’inflammation et la formation de tissu cicatriciel pendant le processus de guérison.
Afin de reproduire les forces de contraction qui permettent aux lésions cutanées embryonnaires de se refermer, les chercheurs ont perfectionné des hydrogels adhésifs résistantsen leur ajoutant un polymère thermosensible appelé « PNIPAm », hydrophobe et rétractable à 32,2 °C environ. Lorsqu’il est exposé à la température du corps, cet hydrogel hybride se contracte et transmet l’énergie du polymère PNIPAm en contraction aux tissus sous-jacents grâce à de solides liaisons entre l’hydrogel d’alginate et les tissus. Des nanoparticules d’argent sont également intégrées au PAA afin d’offrir une protection contre les microbes.
« Le PAA s’est lié aux tissus cutanés porcins avec une force d’adhérence plus de dix fois supérieure à celle d’un Band-AidⓇ, tout en prévenant la croissance bactérienne. Cette technologie est donc d’ores et déjà bien meilleure que celle de la plupart des produits d’usage courant pour la protection des plaies, et ce, sans même tenir compte de ses propriétés favorisant la fermeture des plaies », précise Benjamin Freedman, Ph. D., directeur du projet et boursier postdoctoralau laboratoire du Pr Mooney.
Accélération de la fermeture des plaies
Afin d’évaluer l’efficacité du PAA dans la fermeture des plaies, les chercheurs l’ont appliqué sur des échantillons de peau de souris et ont constaté qu’il réduisait la surface des plaies d’environ 45 % comparativement aux résultats obtenus avec des échantillons non traités, qui ne montraient pratiquement aucun changement. Le PAA a également permis de fermer les plaies plus rapidement que d’autres traitements, notamment les microgels, le chitosane, la gélatine et d’autres types d’hydrogels. Le PAA n’a provoqué ni inflammation ni réponse immunitaire : une indication de son innocuité lorsqu’il est appliqué à la surface ou à l’intérieur de tissus vivants.
Les chercheurs ont en outre pu moduler le degré de fermeture des plaies en ajoutant au PAA diverses quantités de monomères d’acrylamide pendant le processus de fabrication. « Cette propriété peut se révéler utile lorsqu’on applique l’adhésif sur une plaie apparue sur une articulation souvent sollicitée, comme le coude, où une adhérence atténuée pourrait probablement être plus avantageuse, comparativement à une partie du corps moins mobile, comme le tibia », explique le coauteur principal de l’étude, Jianyu Li, Ph. D., ancien boursier postdoctoral à l’Institut Wyss et maintenant professeur adjoint à l’Université McGill.
L’équipe a également réalisé une simulation sur ordinateur du processus de fermeture des plaies à l’aide du PAA, qui a révélé que ce type de pansement pourrait permettre à la peau humaine de se contracter à un rythme comparable à celui de la peau de souris et serait donc plus susceptible de présenter des avantages cliniques chez l’humain. « Nous poursuivons nos travaux afin d’en savoir plus quant à la façon dont les signaux mécaniques produits par le PAA influent sur le processus biologique de cicatrisation des plaies. Nous souhaitons également mesurer l’efficacité du PAA à diverses températures, car celle du corps varie en fonction des lieux », fait remarquer Benjamin Freedman. « Nous espérons réaliser d’autres études précliniques afin de démontrer le potentiel du PAA à titre de produit médical, puis axer nos efforts sur sa commercialisation. »
« Voici un autre merveilleux exemple de mécanothérapie où de nouvelles données sur le rôle clé des forces physiques dans le contrôle biologique peuvent être mises à profit pour la conception d’une approche thérapeutique novatrice et simplifiée qui pourrait même se révéler plus efficace que les médicaments ou d’autres dispositifs médicaux complexes », résume Donald Ingber, M.D., Ph. D., directeur fondateur de l’Institut Wyss, titulaire de la Chaire Judah‑Folkman de biologie vasculaire à la Faculté de médecine de l’Université Harvard et à l’Hôpital pour enfants de Boston (Programme de biologie vasculaire) ainsi que professeur de génie biologique à la SEAS.
Cette recherche a été financée par les National Institutes of Health des États-Unis, l’Institut Wyss de génie biomimétique de l’Université Harvard, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, la Fondation canadienne pour l’innovation et le Centre de recherche sur la science et le génie des matériaux de l’Université Harvard.
