La bio-impression pour la réparation osseuse améliorée grâce aux gènes

PARC DE L’UNIVERSITÉ, Pennsylvanie. — Avec suffisamment de temps et d’énergie, le corps guérira, mais lorsque des médecins ou des ingénieurs interviennent, les processus ne se déroulent pas toujours comme prévu car il manque des produits chimiques qui contrôlent et facilitent le processus de guérison. Aujourd’hui, une équipe internationale d’ingénieurs effectue une bioimpression osseuse avec deux facteurs de croissance codant pour des gènes qui aident à incorporer les cellules et à guérir les défauts du crâne des rats.

“Les facteurs de croissance sont essentiels à la croissance cellulaire”, a déclaré Ibrahim T. Ozbolat, professeur agrégé de sciences de l’ingénieur et de mécanique. “Nous utilisons deux gènes différents codant pour deux facteurs de croissance différents. Ces facteurs de croissance aident les cellules souches à migrer dans la zone du défaut, puis aident les cellules progénitrices à se convertir en os.”

Les chercheurs ont utilisé le gène codant pour PDGF-B, facteur de croissance dérivé des plaquettes, qui encourage les cellules à se multiplier et à migrer, et le gène codant pour BMP-2, protéine morphogénétique osseuse, qui améliore la régénération osseuse. Ils ont livré les deux gènes en utilisant la bio-impression.

“Nous avons utilisé une libération contrôlée de plasmides à partir d’une matrice activée par des gènes pour favoriser la réparation osseuse”, ont déclaré les chercheurs dans la revue Biomaterials.

Ozbolat et son équipe ont intégré l’ADN de la protéine dans des plasmides – des boucles d’ADN en forme d’anneau qui peuvent transmettre des informations génétiques. Une fois que l’ADN pénètre dans la cellule progénitrice, il commence à produire les protéines appropriées pour améliorer la croissance osseuse.

Les deux gènes ont été imprimés pendant la chirurgie sur un trou dans le crâne d’un rat à l’aide d’un appareil très similaire à une imprimante à jet d’encre. Le mélange a été créé pour libérer une salve de gène codant pour PDGF-B en 10 jours et une libération continue du gène codant pour BMP-2 pendant cinq semaines.

Les rats qui ont reçu des gènes bio-imprimés avec libération contrôlée du gène codant pour la BMP-2 ont vu environ 40 % de création de tissu osseux et 90 % de couverture osseuse en six semaines, contre 10 % de nouveau tissu osseux et 25 % de couverture osseuse pour les rats présentant le même défaut, mais aucun traitement.

“Cette méthode est meilleure que le simple dumping des facteurs de croissance”, a déclaré Ozbolat. “Si nous faisons cela, les quantités de protéines sont finies, mais si nous utilisons la thérapie génique, les cellules continuent à produire les facteurs de croissance nécessaires.”

Travailler avec Ozbolat de Penn State étaient Kazim K. Moncal, étudiant diplômé en sciences de l’ingénieur et mécanique; Gregory S. Lewis, professeur adjoint et Hwabok Wee, stagiaire postdoctoral en orthopédie et en réadaptation ; Kevin P. Godzik, étudiant de premier cycle en génie biomédical : et Elias Rizk, professeur agrégé de neurochirurgie.

Parmi les autres contributeurs à la recherche figurent R. Seda Tigli Aydin, ancien boursier postdoctoral de Penn State maintenant à l’Université Bulen Ecevit, Turquie; Dong N. Heo, ancien boursier postdoctoral de Penn State maintenant à l’Université Kyung Hee, Corée du Sud; et Timothy M. Acri, ancien chercheur diplômé, et Aliasger K. Salem, Lyle et Sharon Bighley Endowed Chair & Professor in Pharmaceutical Sciences, University of Iowa.

L’équipe internationale d’implantologie, les Instituts nationaux de la santé, la Fondation nationale des sciences, la Fondation d’ostéologie et le Conseil de la recherche scientifique et technologique de Turquie ont soutenu ce travail.

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