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Matériaux pour le vivant

Notre thème "Matériaux pour le vivant" comprend cinq projets de recherche :

Impact du microenvironnement sur la cellule
Cellules souches (issues de la gelée de Wharton) et ingénierie tissulaire
Matériaux à base de catéchols et dopamine
Matériaux 3D à base de complexes de polyélectrolytes
Les biomatériaux antimicrobiens du futur

Impact du microenvironnement sur la cellule

Des cellules au contact avec un matériau ne réagissent pas seulement aux propriétés chimiques mais également aux propriétés mécaniques du substrat. Nous étudions l'influence de l'élasticité du substrat au niveau du noyau (défauts chromosomiques, condensation de la chromatine, mécanismes de transduction du signal, entrée en apoptose, quiescence, …). La compréhension de ces mécanismes est essentielle à la prédiction du devenir cellulaire au contact de matériaux. Nous concevons également des substrats novateurs qui permettent le contrôle du microenvironnement cellulaire pour leur guidage phénotypique lors de leur culture.

Par ailleurs, de nouvelles approches permettant d'évaluer les forces exercées par les cellules pour sonder les propriétés mécaniques sur leur substrat d'adhésion sont développées dans notre laboratoire. Nous proposons un modèle chimique basé sur les interactions hôte/invité afin de mieux comprendre comment lors de la formation de la liaison ligand/récepteur une cellule peut sonder son environnement. Ce travail se fait dans le cadre de l'ANR FORCELL (ANR-12-BFVE5-0021)

Cellules souches (issues de la gelée de Wharton) et ingénierie tissulaire

Les cellules souches de la gelée de Wharton (présente dans le cordon ombilical) constituent une classe particulièrement attractive de cellules souches. Non immunogènes, ces cellules sont faciles à obtenir et ne posent pas de problèmes éthiques. De plus ces cellules présentent des potentialités de différentiation très larges (chondrocytes, fibroblastes, cellules musculaires lisses, endothéliales, épithéliales...). Ces cellules sont donc très prometteuses pour l'ingénierie tissulaire. En collaboration avec le laboratoire Biomatériaux et inflammation en site osseux (Dr. H. Kerdjoudj, Reims), nous développons un programme de recherche visant à mieux comprendre le devenir de ces cellules en fonction du module de Young du substrat et de ses propriétés chimiques de surface. Notre objectif est, en particulier, de développer des  matériaux dont les propriétés permettent de maintenir ces cellules dans un état de quiescence, état qui conserve toutes les potentialités de différentiation.

Matériaux à base de catéchols et dopamine

L’eumélanine et la phéomélanine sont les colorants de base des cheveux et de l’iris des yeux et sont de couleurs brun-noir et rouge, respectivement. L’eumélanine est également le photoprotecteur naturel de la peau. De plus, des molécules similaires permettent une forte adhésion du byssus des moules sur la surface de nombreux matériaux solides en milieu marin. L'élaboration de matériaux comportant ces composants et riches en fonctions quinone et en catéchols permettent une large gamme de fonctionnalisations secondaires, en particulier avec des nanoparticules métalliques et des molécules portant des groupements nucléophiles comme les amines et les thiols. Notre objectif est de développer des films minces à base d’eumélanine et de les caractériser d’un point de vue physicochimique Nous emploierons ces revêtements pour le développement de diverses applications biomédicales. Nous travaillons également sur le développement de gels injectables à base de groupements catéchols et possédant des propriétés antimicrobiennes. Ces gels sont destinés à  la prévention des péri-implantites plus particulièrement dans le domaine dentaire. Ce projet est soutenu par l'Institut Carnot MICA (projet DOPAGLUE).

Matériaux 3D à base de complexes de polyélectrolytes

La matrice extracellulaire joue un rôle primordial dans le devenir cellulaire. Ses propriétés mécaniques, les interactions entre ses constituants (par exemple entre le collagène et les  facteurs de croissance et les cytokines), les interactions entre les constituants de la matrice et les récepteurs cellulaires jouent de concert pour assurer le développement tissulaire et son intégrité. Nous développons actuellement de nouvelles approches basées sur des complexes de polyélectrolytes et de protéines visant à synthétiser des architectures modulables pour l'ingénierie tissulaire. Une attention particulière est apportée au contrôle des propriétés mécaniques de ces matériaux et aux interactions entre les constituants de ceux-ci et les cellules.

Les biomatériaux antimicrobiens du futur

La résistance des microorganismes pathogènes aux antibiotiques est un problème majeur de santé publique avec en particulier le développement croissant d’infections nosocomiales. Notre thématique s’inscrit en réponse à l’urgence de la demande de nouveaux antimicrobiens efficaces qui seront intégrés dans des biomatériaux pour recouvrir des cathéters et des prothèses. En collaboration avec le service de Réanimation Médicale et la Clinique Dentaire des Hôpitaux de Strasbourg nous caractérisons les propriétés antimicrobiennes, anti-inflammatoires et réparatrices des peptides dérivés des chromogranines, ainsi que celles des biomatériaux qui les intègrent. Nos recherches s’appuient sur des études de biochimie, biologie cellulaire, biologie moléculaire et microbiologie.