La chitine issue de la carapace de crustacés pourrait révolutionner le soin des plaies grâce à l’impression 3D
Les plaies chroniques se caractérisent par leur incapacité à cicatriser complètement de manière naturelle ; elles restent au stade inflammatoire en raison de déséquilibres dans le microenvironnement de la plaie. Ces plaies, notamment les ulcères diabétiques et les escarres, peuvent persister pendant des mois, voire des années. Les pansements ont pour fonction de former une barrière protectrice sur la zone lésée, facilitant ainsi la croissance de nouveaux tissus et de nouvelles structures vasculaires. Cependant, les pansements conventionnels présentent parfois un équilibre hydrique insuffisant, une bioactivité limitée, une faible résistance mécanique et des difficultés à maintenir la libération d’agents thérapeutiques. C’est pourquoi des chercheurs de la faculté de pharmacie de l’université du Mississippi impriment en 3D des patchs médicamenteux pour traiter les plaies et ulcères persistants. L’objectif de cette recherche était d’optimiser la composition de la matrice pour améliorer l’imprimabilité et les performances mécaniques, d’évaluer la libération du médicament in vitro et d’analyser l’efficacité antibactérienne.
Le support pour plaies développé par l’équipe de l’université du Mississippi libère progressivement des agents antibactériens naturels et biodégradables afin de favoriser la cicatrisation. Ce n’est pas la première fois que des pansements sont imprimés en 3D. Par exemple, en 2023, des chercheurs de l’université Queen’s de Belfast ont publié une étude dans laquelle ils avaient imprimé en 3D des supports pour ulcères. La différence réside toutefois dans les méthodes de production et les matériaux novateurs utilisés, ce qui pourrait vous surprendre.
Illustration de l’étude (crédits : Alshammari et al.)
Quels sont les matériaux utilisés ?
Le matériau de base des échafaudages est le chitosane (CS), un biopolymère dérivé de la chitine, présente à l’état naturel dans l’exosquelette des crustacés et des insectes. Ce biopolymère a suscité un vif intérêt dans le domaine de la cicatrisation des plaies en raison de sa combinaison unique de biocompatibilité, de biodégradabilité et de propriétés antibactériennes. Les chercheurs ont associé ce biopolymère à l’acide para-coumarique (P-CA), un composé phénolique naturel présent en abondance dans les plantes, notamment les fruits, les céréales, le thé et le vin. De plus, ils ont incorporé du polycaprolactone (PCL) pour assurer la stabilité mécanique, et du poly(oxyde d’éthylène) (PEO) pour améliorer l’hydrophilie et l’aptitude au traitement. Le PCL et le PEO ont renforcé les échafaudages à base de CS afin de maintenir l’intégrité structurelle pendant la cicatrisation.
Il est important de noter que cette combinaison de matériaux est biodégradable. Nouf Alshammari, doctorante et l’une des auteures de l’étude, a expliqué : « Avec le temps, la matrice va être absorbée par la peau. Et comme il s’agit d’un matériau inerte, nous n’avons pas à nous inquiéter d’effets secondaires ou de résidus toxiques. »
Alors que les échafaudages spécialisés sont traditionnellement produits à l’aide de techniques telles que l’électrofilage, le moulage par solvant et la lyophilisation, chacune de ces méthodes présente des inconvénients au niveau de la fabrication. Pour surmonter ces limites, l’équipe du Mississippi s’est tournée vers l’impression 3D.
Le processus commence par une extrusion à chaud (HME) pour synthétiser le filament sur mesure, qui est ensuite traité par dépôt de matière fondue (FDM). Sur le plan numérique, les chercheurs ont utilisé Rhinoceros et Meshmixer pour concevoir les fichiers STL initiaux avant de les optimiser dans UltiMaker CURA en vue de l’impression. L’équipe a ensuite utilisé une imprimante 3D FDM Bowden pour produire les patchs. Ces patchs sont personnalisables, ce qui permet d’adapter le médicament et la géométrie aux dimensions spécifiques d’une plaie, où qu’elle se trouve sur le corps.
Morphologie de surface et topographie 3D des échafaudages et des filaments imprimés en 3D (crédits : Alshammari et al.)
Applications possibles des pansements imprimés en 3D
On estime que les plaies chroniques touchent 1,67 personne sur 1 000 dans le monde. Cependant, ces pansements spécialisés ne sont peut-être pas nécessaires dans tous les cas. « Selon le type de plaie, un pansement classique peut très bien convenir et cela ne serait pas nécessaire », a déclaré Michael Repka, professeur émérite de pharmacie et d’administration des médicaments. « Mais cette technologie offre de nombreuses applications. Ces pansements pourraient être imprimés sur le terrain, par exemple pour des applications militaires. Si vous disposez d’un générateur capable d’alimenter ces imprimantes 3D, vous pouvez imprimer la structure dont vous avez besoin en fonction du type de plaie. »
Au-delà des applications externes, la composition de ces pansements offre un avantage certain pour la médecine interne. « Le fait qu’il soit biodégradable signifie également que si le matériau est appliqué sur des plaies à l’intérieur du corps, les professionnels de santé n’ont pas besoin de pratiquer une deuxième incision pour le retirer », a ajouté Sateesh Vemula, chercheur postdoctoral.
Avant que ces échafaudages imprimés en 3D puissent être utilisés en milieu médical, ils doivent faire l’objet d’essais cliniques approfondis sur l’homme et d’un examen complet par la Food and Drug Administration américaine. Pour en savoir plus, consultez l’étude ici.
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*Photo de couverture : Michael Repka, professeur de pharmacie et d’administration des médicaments, travaille sur un dispositif médical imprimé en 3D dans son laboratoire. (crédits photo : Thomas Graning/Ole Miss Digital Imaging Services)
