CD - Fibres Biosourcées pour la Régénération du nerf Optique par Impression d'implant Nerveux en 3D (FIBROIN 3D)

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Constat scientifique à l'origine du projet : pertinence, originalité, utilité A. Etat de l'art sur les lésions du nerf optique La neuropathie optique traumatique (NOT) est une lésion aiguë du nerf optique qui entraîne une perte de vision due à la dégénérescence subséquente des neurones rétiniens. Elle fait partie du spectre des traumatismes crâniens [1]. La NOT est observée dans 0,5 à 2 % de tous les traumatismes crâniens [2] et elle représente près de 20 % des blessures oculaires lors des opérations militaires récentes [3, 4]. Les corticostéroïdes et/ou la chirurgie de décompression du canal optique constituent les principales approches thérapeutiques des TON, mais leur efficacité est limitée [5, 6]. En effet, après un traumatisme, le nerf optique ne régénère pas, contrairement aux nerfs périphériques. L'une des principales raisons en est l'absence de cellules de Schwann qui fournissent une voie de régénération dans le système nerveux périphérique (SNP) alors que, dans le système nerveux central (SNC), le processus de gliose réactionnelle bloque toute régénération au niveau du site de lésion, formant la cicatrice gliale [7-9]. La mort des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) - neurones dont les axones forment le nerf optique -, ainsi que les effets inhibiteurs de la croissance du tissu cicatriciel sont considérés comme les principaux obstacles à la régénération et expliquent en partie l'absence de récupération efficace du nerf [10-14]. Plusieurs stratégies ont été développées pour promouvoir la neuroprotection des CGR et la régénération du nerf optique, notamment l'injection de facteurs de croissance [15], l'utilisation de vecteurs viraux [16, 17], la thérapie par cellules souches [14] et les greffes de nerfs périphériques [18-23] ou de conduit de synthèse [24-27]. Les greffons nerveux ou synthétiques visent à reconstruire l'architecture nerveuse et à redonner au cône de croissance les indices de guidage qui lui font défaut. Malheureusement, pour le moment, ces approches n'ont pas permis de lutter efficacement contre les conséquences délétères des lésions du nerf optique et la cécité qui en découle. B. Les implants 3D biosourcés pour la reconstruction du nerf optique. Une stratégie de régénération efficace du SNC doit fournir les facteurs de survie nécessaires aux neurones axotomisés, mais aussi réduire la neuroinflammation [28, 29], tout en fournissant un guide physique aux axones en régénération [30-32].Pour relever le défi complexe de la reconstruction du nerf optique, les implants doivent fournir une direction de croissance aux axones en régénération et être préparés comme un échafaudage tubulaire ou filamenteux mono-orienté, imitant le conduit nerveux naturel. Il doit être non immunogène et biofonctionnalisé avec une combinaison de facteurs de survie et de croissance. Il doit également être colonisé par les cellules gliales environnantes afin de rétablir leur orientation et de limiter la gliose. Pour ce faire, les biomatériaux peuvent être préparés pour former des filaments de polymères par électrofilage ou par impression 3D [33]. Les nanofibres de biopolymères peuvent répondre à ces exigences. Elles constituent un format approprié de matrices artificielles en ingénierie tissulaire pour des applications de neurorégénération, car leur diamètre est de l'ordre de celui de l'axone (0,1 - 1 μm). Elles offrent donc un substrat de croissance aux fibres axonales individuelles. Les fibres de biopolymère peuvent être organisées de manière aléatoire ou orientées en 2D. En outre, les nanofibres peuvent être biofonctionnalisées, en mélangeant la molécule d'intérêt à la solution de polymère [34], ou en utilisant la conjugaison covalente et le revêtement [35]. La fibroïne de soie électrofilée, pure ou composite et non-immunogène, est récemment apparue comme un matériau prometteur pour la réparation des nerfs endommagés [36-38]. La soie est une fibre protéique naturelle, produite par de nombreux insectes et arachnides, qui trouve de plus en plus d'applications en médecine régénérative [39- 41]. L'implant à base de biomolécules imprimé en 3D et constitué de filaments de fibroïne pourrait répondre à toutes les exigences du traitement des lésions du nerf optique. Sur la base de nos expertises complémentaires, nous souhaitons développer une nouvelle génération de biomatériaux imprimés en 3D, composés de différentes bio-encres afin de combiner leurs propriétés (biocompatibilité, support de croissance, structuration, ductilité...) pour optimiser la régénération nerveuse. Basé sur notre expérience antérieure dans le domaine, nous visons à démontrer la faisabilité de notre approche, en restaurant in vitro les interactions et l'organisation neurone/glie au contact de l'implant. Dans sa dernière phase ce projet permettra d'ouvrir la voie à un développement in vivo dans des modèles animaux de TON et d'ancrer la technologie d'impression 3D au laboratoire. C. Travaux des encadrants dans le domaine Identification de facteurs neuroprotecteurs sur des cultures pures de CGR : Les facteurs solubles dérivés de la glie sont essentiels pour promouvoir le développement et la survie des neurones dans le SNC [42, 43]. La stratégie de régénération doit identifier les facteurs permissifs normalement libérés par les cellules gliales voisines qui sont absents ou perturbés après un traumatisme du SNC dû à la gliose. L'injection de ces facteurs candidats peut permettre une neuroprotection adéquate palliant l'absence de sécrétion gliale. Au cours des dernières années, nous avons étudié l'effet de divers facteurs dérivés de la glie tels que des facteurs de croissance, notamment le CNTF, le BDNF [44] et le facteur dérivé de l'épithélium pigmentaire (PEDF, SERPINF1) [45, 46], des molécules matricielles, notamment les laminines [47-49] et les collagènes [50], des molécules de signalisation, notamment les sémaphorines [51], et le cholestérol [44, 52] dans notre modèle de cultures primaires de CGR purifiées que nous maîtrisons en routine. Développement de biomatériaux à base de soie : Notre collaborateur, le Pr Egles a démontré au cours des dernières années que la réalisation de biomatériaux plus évolués est possible avec la fibroïne de soie. Cette biomolécule peut être préparée sous forme de microsphères chargées de facteurs neurotrophiques pour une délivrance contrôlée de la molécule [53]. En outre, il a montré que la soie peut être construite comme un conduit nerveux en 3D pour la réparation des nerfs périphériques [54]. Les échafaudages en 3D fournissent également un microenvironnement favorable au développement des neurones du SNC, en guidant l'élongation axonale et la migration cellulaire [55]. En outre, ils possèdent une immunogénicité et une capacité de remyélinisation favorables [56]. Cela souligne l'intérêt pour les neurosciences régénératives de matériaux biosourcés biofonctionnalisés qui peuvent être organisés en un support de croissance aligné pour les nerfs endommagés. Avec le Pr Egles, nous avons développé des biomatériaux formant soit un réseau aléatoire, soit des fibres alignées obtenues par électrofilage. Nous avons testé les changements morphologiques des neurones cultivés sur ces substrats. Nous avons démontré que les CGR étaient capables de survivre au contact des fibres de fibroïne de soie, ce qui confirme que les biomatériaux à base de soie constituent un matériau prometteur pour une régénération nerveuse fonctionnelle. De plus, la direction de croissance des neurites est influencée par l'orientation du réseau de soie, il est donc possible de diriger le cône de croissance [36]. Nous avons ensuite réussi à insérer des molécules exerçant des propriétés de guidage neuronal au cœur de la fibre afin de fonctionnaliser le guide. Les facteurs de croissance piégés dans les fibres au cours du processus d'électrofilage ont conservé leurs propriétés physiologiques sur les CGR en favorisant la survie et l'extension des neurites [36]. En outre, la multifonctionnalisation des fibres de soie représente un avantage majeur par rapport à l'application locale de facteurs de croissance puisqu'elle les protège d'une dégradation rapide, augmentant ainsi leur demi-vie et leur effet neuroprotecteur. Travaux en cours : Depuis 2025 le projet a été relancé à la suite du rattachement du Dr Castell au laboratoire qui apporte son expertise en impression 3D en collaboration avec le laboratoire IJL. Nous avons encadré une stagiaire de BUT3 (V. Dieudonné) dont les travaux ont montré que la soie en combinaison avec la polycaprolactone (PCL) favorise la survie neuronale et gliale in vitro (collaboration XC/JPJ, IJL). Cette année nous encadrons trois stagiaires : une stagiaire de M2 (C. Filant) qui a pour projet de tester le comportement des cellules gliales et de neurones de la rétine, en culture primaire, au contact de différentes préparations de fibroïne de soie ; une stagiaire de BUT3 qui a pour projet de caractériser plus en détail les propriétés physiques du biomatériau préparé par électrofilage et melt electrowriting avec l'aide du laboratoire PBS d'Evreux, et de transférer cette technologie à l'IJL (A. Przybylski, collaboration XC/JPJ, IJL) ; une stagiaire de M1 (V. Dieudonné) qui a pour projet de mettre au point la culture de la lignée de cellules ganglionnaires de la rétine RGC-5 au laboratoire IJL, et qui testera la survie de ces cellules au contact des biomatériaux fibroïne, alginate-gélatine ainsi que sur la coque en polycaprolactone (collaboration XC/JPJ, IJL) Le but de ces stages est d'obtenir un biomatériau orienté en 2D, fonctionnalisé à l'aide de composés anti-inflammatoires (xanthohumol/Isoxanthohumol, projet Incitatif B4B S. Kaminski), afin de limiter la gliose réactionnelle.

spécialité

Sciences de la Vie et de la Santé - BioSE

laboratoire

NGERE - Nutrition-Génétique et Exposition aux Risques Environnementaux