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RÉSUMÉ
Les protéines de soie appartiennent à la classe des protéines de haut poids moléculaire utilisées dans les domaines des biomatériaux et de la médecine régénérative. Ces protéines se caractérisent par d’excellentes propriétés mécaniques, elles sont biocompatibles et biodégradables. Ces propriétés attractives peuvent de plus être améliorées par diverses modifications chimiques, qui permettent ainsi l’attachement de facteurs de croissance, domaine d’adhésion cellulaire ou d’autres molécules d’intérêt, à la soie. Associées à la technique d’électrospinning, qui permet de produire des nanofibres, les propriétés des protéines de soie peuvent mener à de nombreuses applications dans le domaine biomédical.
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Guillaume VIDAL : Docteur en biologie - Chercheur contractuel au laboratoire de biomécanique et bioingénierie (UMR 7338), Université de technologie de Compiègne
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Tony DINIS : Ingénieur, doctorant au laboratoire de biomécanique et bioingénierie (UMR 7338), Université de technologie de Compiègne et au Biomedical Engineering department, Tufts University, MA, USA
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Christophe EGLES : Colecteur - Docteur en neurobiologie, laboratoire de biomécanique et bioingénierie (UMR 7338) - Professeur à l'Université de technologie de Compiègne, Visiting Professor, Tufts University, School of Dental Medicine, USA
INTRODUCTION
Les protéines de soie, comme la fibroïne, sont des protéines naturelles extraites des cocons du ver à soie, cocons qui sont cultivés et utilisés depuis plusieurs centaines d'années pour la fabrication du textile de soie. La production mondiale de ces cocons est de l'ordre de 400 000 tonnes par an, essentiellement destinée à l'industrie textile et, depuis quelques années, aux applications biomédicales.
En effet, cette soie peut générer de nouvelles matières innovantes qui pourraient, à l'instar du collagène, être utilisée dans le milieu biomédical. C'est pourquoi, depuis ces vingt dernières années, de nombreuses équipes de recherche s'intéressent de près à ces protéines qui sont essentiellement constituées de biopolymères. Par ailleurs, elles fournissent des propriétés mécaniques intéressantes et présentent une absence totale de toxicité. Aussi, cette soie peut être facilement biofonctionnalisée par le biais de modifications chimiques qui permettent alors d'obtenir de nouvelles propriétés physico-chimiques. Couplées à la variété de structures possibles (gel, capsules, films et fibres), ces modulations de la chimie de la protéine élargissent encore les possibilités d'applications des biomatériaux à base de soie.
Le choix des caractéristiques physico-chimiques du biomatériau sera donc fonction de son application. Les nanofibres de protéines de soie permettent, elles, de créer de nouvelles matrices pour l'ingénierie tissulaire ou de nouveaux types de vecteurs pour la libération de médicaments-molécules actifs.
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5. Applications biomédicales des fibres de soie modifiées
5.1 Revêtements pour culture cellulaire 2D
De nombreux dérivés de fibroïne modifiée peuvent être utilisés comme revêtement de substrats de cultures cellulaires 2D, afin de voir dans quelle mesure la chimie de surface ou le greffage de molécules biologiques peut affecter l'adhésion, la croissance et la prolifération cellulaire.
La conjugaison de la fibroïne au PLA augmente l'hydrophilie, l'angle de contact passe de 69 à 52o, ce qui conduit à une augmentation de l'adhésion et de la prolifération d'ostéoblastes. Le PEG augmente lui aussi l'hydrophilie, avec des angles de contact de 33o.
L'incorporation de groupements « Azo » qui contiennent différents groupes augmentant ou diminuant l'hydrophilie de la fibroïne peut influencer la croissance et la prolifération de cellules souches mésenchymateuses humaines (hMSC). Les hMSC prolifèrent davantage sur des dérivés de fibroïne hydrophile présentant un angle de contact compris entre 43 et 55o, bien qu'elles ne forment pas de monocouche confluente sur ces substrats. A contrario, les hSMC forment des monocouches confluentes sur des dérivés AzoSilk hydrophobes (présentant un angle de contact supérieur à 70o) .
HAUT DE PAGE5.2 Ingénierie tissulaire
Une des applications majeures de la fibroïne de soie modifiée chimiquement est l'ingénierie tissulaire, domaine constamment à la recherche de nouvelles méthodes et de nouveaux matériaux afin de créer des tissus synthétiques qui puissent être implantés in vivo afin de stimuler la régénération de tissus lésés ou malades. Un exemple typique de tissu obtenu par ingénierie est constitué de cellules ayant poussées dans une structure 3D biodégradable. Le scaffold a été défini dans le but de reproduire les caractéristiques structurales, mécaniques...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ROBSON (R.M.) - Silk composition, structure and properties. - Hand book of fibre Science and Technology (1985).
-
(2) - MITA (K.) et al - Highly repetitive structure and its organization of the silk fibroin gene. - J. Mol. Evol. (1994).
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(3) - SASHINA (E.S.) et al - Structure and solubility of natural Silk fibroin. - Russian Journal of applied chemistry (2006).
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(4) - GULRAJANI (M.L.) - Degumming of silk in : Silk dyeing printing and finishing. - India Institute of Technology, Hauz Khas, New Delhi (1988).
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(5) - ALTMAN (G.H.) - Macrophage responses to silk. - Biomaterials (2003).
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(6) - WANG (Y.) - In vivo degradation of three-dimensional silk fibroin scaffolds. - Biomaterials (2008).
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ANNEXES
Patent application number : 20100196447
Patent application title : SILK BIOMATERIALS AND METHODS OF USE THEREOF
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