L’ingénierie tissulaire, qui utilise des greffons ou des échafaudages pour soutenir la régénération cellulaire, apparaît comme une pratique médicale importante pour traiter la perte musculaire volumétrique (VML), une condition dans laquelle une quantité importante de tissu musculaire est perdue au-delà de la capacité de régénération naturelle du corps. Pour améliorer les résultats chirurgicaux, les greffes musculaires traditionnelles cèdent la place aux matériaux d’échafaudage artificiels, les nanoparticules de MXène (NP) apparaissant comme une option prometteuse.
Les MXene NP sont des matériaux 2D composés principalement de carbures et de nitrures de métaux de transition. Ils sont hautement conducteurs d’électricité, peuvent s’adapter à un large éventail de groupes fonctionnels et possèdent des structures empilées qui favorisent les interactions cellulaires et la croissance musculaire. Bien que des démonstrations pratiques en laboratoire aient démontré leur capacité à favoriser la reconstruction des muscles squelettiques, le mécanisme spécifique par lequel ils y parviennent reste flou.
Pour combler cette lacune, le professeur agrégé Yun Hak Kim du Département d’anatomie et du Département d’informatique biomédicale, en collaboration avec les professeurs Suck Won Hong et Dong-Wook Han du Département de génie cogno-mécatronique de l’Université nationale de Pusan, a développé des nanofibres. Matrices avec des NP MXene comme échafaudages. Ils ont utilisé le séquençage de l’ADN pour découvrir les gènes et les voies biologiques activées par les NP MXene pour soutenir la régénération musculaire. Ces résultats, publiés le 4 janvier 2024 dans le volume 16 de Nano-Micro Letters, représentent une avancée significative dans l’utilisation des échafaudages MXene pour traiter les lésions musculaires.
“Cette découverte ouvre une voie prometteuse pour l’utilisation de ces matériaux pour augmenter l’efficacité de la régénération des tissus musculaires après une blessure ou un dommage”, explique le professeur Kim.
Dans la phase initiale, l’équipe a créé une matrice PCM nanofibreuse avec du poly(lactide-co-ε-caprolactone) (P), renforcée de collagène (C) et de Ti.3C2TX Nanoparticules de MXène (M). Pour déterminer l’effet spécifique des NP MXene sur la croissance musculaire, ils ont préparé trois contrôles : PLCL vierge (P), PLCL avec collagène (PC) et PLCL avec MXene (PM). Lors du test de tous les échafaudages sur des modèles de souris présentant une perte musculaire volumétrique induite, les chercheurs ont observé une augmentation significative du nombre total de cellules musculaires chez les souris traitées au PCM par rapport aux autres groupes.
Pour comprendre comment les nanoparticules (NP) de MXène affectent la régénération et la croissance musculaires au niveau moléculaire, les chercheurs ont dirigé C2C12 Myoblastes, précurseurs des cellules musculaires, sur matrices PC et PCM. L’objectif était d’analyser les différences de niveaux d’expression génique entre les deux matrices. Une production accrue d’oxyde nitrique synthase inductible (iNOS) et de kinase 1 régulée par le sérum/glucocorticoïde (SGK1) – deux protéines étroitement liées à la signalisation calcique et à la régénération musculaire – a été identifiée dans la matrice PCM.
Ces résultats suggèrent que les MXènes favorisent la formation d’ions calcium (Ca2+) Dépôt autour des cellules. Cela a augmenté les niveaux de Ca intracellulaire2+ déclenche l’activation des gènes qui produisent les protéines iNOS et SGK1. SGK1 influence la voie mTOR-AKT et favorise la prolifération cellulaire, la survie et la myogenèse – la conversion des myoblastes en fibres musculaires. Dans le même temps, iNOS augmente la production d’oxyde nitrique (NO), contribuant ainsi à la prolifération des myoblastes et à la fusion des fibres musculaires. Les effets combinés conduisent au développement de tissus musculaires matures. Les matrices de nanofibres PCM alignées fournissent des indices biophysiques pour la signalisation biochimique intracellulaire et contrôlent le comportement myogénique. Cette découverte contribue à notre compréhension du potentiel de MXene pour la repousse musculaire et promet d’affiner la conception des échafaudages pour améliorer encore ce processus.
« D’ici 5 à 10 ans, ces recherches pourraient déboucher sur des traitements révolutionnaires pour les blessures musculaires. Les matrices infusées de MXene NP pourraient devenir monnaie courante dans la pratique médicale des athlètes, des personnes souffrant de problèmes musculaires et des personnes se remettant d’un traumatisme ou d’une intervention chirurgicale musculaire. ” Le professeur Kim est optimiste. ” Ces NP pourraient améliorer les méthodes de régénération musculaire et fournir de meilleurs résultats dans les chirurgies reconstructives et dans les maladies telles que la dystrophie musculaire dans lesquelles la fonction musculaire est altérée “, ajoute-t-il.
Les matrices infusées MXene NP peuvent être personnalisées pour répondre aux différents besoins du traitement des blessures dues à la perte musculaire. Cette personnalisation peut inclure l’ajustement de la composition, de la structure ou des propriétés pour répondre aux besoins spécifiques du patient, tels que la taille, la forme ou l’amélioration de la bioactivité. La personnalisation de ces matériaux pourrait fournir des solutions personnalisées pour différentes sévérité de perte musculaire. De plus, l’amélioration de la régénération musculaire observée pourrait contribuer à une récupération plus efficace et potentiellement réduire le besoin de rééducation après le traitement.
Ces matrices aux propriétés mécaniques contrôlables promettent d’améliorer la régénération musculaire in vivo. Des recherches plus approfondies sur MXene promettent des applications cliniques élargies qui pourraient potentiellement bénéficier au bien-être humain.