Collagène de type 1
2.8.8.3 Glycosaminoglycanes
Comme les matrices de collagène de type I, celles constituées de collagène / glycosaminoglycanes ont été étudiées dans diverses expériences. La plupart des matrices sont réticulées, ce qui retarde la résorption et préserve l’intégrité de l’échafaudage plus longtemps (Pieper et al., 2000b). L’utilisation ou non de la réticulation dépend donc de l’application et du temps jugé nécessaire pour que l’échafaudage ou le revêtement reste in situ. En particulier pour les revêtements, cela réduit la nécessité de réticuler, car la préservation d’une structure poreuse tridimensionnelle n’est pas un problème ici, et la plupart des expériences indiquent que l’effet des revêtements est relativement précoce.
Parmi les glycosaminoglycanes, l’acide hyaluronique occupe une position quelque peu distincte. En raison de son état non sulfaté, il y a peu d’interaction avec les facteurs de croissance ou d’autres composants de l’ECM; l’effet principal de l’HyA est via sa taille (voir également Section 2.8.3). Il existe certaines applications comme substitut cutané, où les membranes collagène /HyA ont montré une bonne compatibilité et une faible irritabilité (Koller et al., 2000), mais dans la majorité des cas, les GAGs sulfatés ont été utilisés.
Si les GAGs sont combinés à des matrices de collagène, il existe une variété d’effets, tels que l’influence sur le processus d’inflammation et la réponse des corps étrangers, une observation qui a été rapportée à plusieurs reprises. Chez le rat, CS et HS en association avec du collagène aident à la génération de nouveaux tissus hôtes avec seulement une réponse inflammatoire transitoire et une réaction réduite de corps étranger (Pieper et al., 2000b), et l’activité des macrophages a été notablement réduite autour du revêtement collagène/CS du titane (Rammelt et al., 2007).
Dans l’intégration osseuse des implants, y compris les GAGs a également conduit à des résultats positifs, bien que les mécanismes puissent être quelque peu différents. Les revêtements de collagène/CS ont systématiquement donné un volume osseux et un contact osseux plus élevés que le collagène seul pour les implants en titane dans la mandibule des minipigs juvéniles et adultes (Stadlinger et al., 2008c); encore une fois, ces effets étaient au stade précoce et se sont stabilisés après 2 mois (Stadlinger et al., 2009). Fait intéressant, le couple d’extraction des implants collagène / CS dans le tibia du mouton était dans la région des revêtements d’hydroxyle apatite (1153 vs 1088 Nmm pour le collagène / CS) et plus élevé que le collagène (900 Nmm) malgré le fait qu’après 2 mois, les différences d’apposition osseuse n’étaient plus significatives (Ferguson et al., 2008).
Les revêtements de collagène à faible teneur en sHyA sulfatée ont également augmenté de manière significative la densité volumique osseuse par rapport au témoin non enduit après 8 semaines de cicatrisation immergée; fait intéressant, un degré accru de sulfatation par bâillon (sHA hautement sulfaté) n’a pas affiché une augmentation comparable (Stadlinger et al., 2012). De toute évidence, les faibles niveaux de sulfatation des dérivés CS et sHyA sont bénéfiques pour la formation osseuse péri-implantaire, tandis qu’un degré de sulfatation plus élevé a un effet néfaste. Les effets précis du collagène-CS et du collagène-sHyA in vivo, cependant, ne sont toujours pas élucidés et nécessitent des investigations supplémentaires.
Au niveau cellulaire, à la fois pour le collagène et encore plus pour le collagène / CS, il y avait une apparition plus rapide des types cellulaires pertinents par rapport aux implants non enduits et grillagés, et la différenciation ostéoblastique ainsi que l’activité des ostéoblastes ont été augmentées à la fois autour du collagène (Sverzut et al., 2012) et le collagène/CS (Rammelt et al., 2007). Il en résulte un remodelage osseux significativement amélioré dans les premiers stades de la guérison osseuse, qui se reflète dans le contact avec l’implant osseux après 4 semaines: 89% pour le collagène / CS, 76% pour le collagène et 62% pour les implants non enduits (Rammelt et al., 2006). De plus, l’activité des macrophages et des ostéoclastes a été nettement réduite autour des revêtements de collagène/CS dans un modèle de rat, ce qui concorde avec les observations faites dans les études angiogéniques (Rammelt et al., 2007). L’impact de la topographie de surface et du modèle animal est illustré par le fait que dans la mandibule de foxhound, pour les échantillons de titane usinés et gravés à l’acide, le contact avec l’implant osseux a été amélioré par des revêtements de collagène / CS dans les deux cas, mais les différences n’étaient significatives que pour les surfaces usinées (Schliephake et al., 2009).
L’utilisation de facteurs de croissance dans la régénération tissulaire a donné lieu au développement d’un certain nombre de porteurs, mais un inconvénient important demeure le fait qu’il faut utiliser des quantités très élevées de facteur de croissance pour obtenir les effets souhaités. De plus petites quantités pouvant être atteintes en immobilisant par adsorption, par exemple le BMP-2 sur des revêtements de collagène n’ont souvent aucun effet significatif in vivo (Schliephake et al., 2005), bien que les résultats de la culture cellulaire aient été prometteurs. C’est certainement un aspect où l’inclusion de composants matriciels connus pour interagir avec les facteurs de croissance peut être utile, et les gycosaminoglycanes ont été décrits pour interagir avec les facteurs de croissance. L’utilisation de matrices qui incluent ces composants pour améliorer la capacité des revêtements aECM à lier et à fournir des facteurs de croissance est donc une approche logique. Pour l’os, la majeure partie de l’intérêt se concentre sur les PGB; BMP-2 et BMP-4 sont connus pour induire la formation osseuse lorsqu’ils sont libérés de porteurs tels que les toisons de collagène in vivo. En utilisant les quantités élevées de BMP nécessaires pour induire une réponse (celles-ci étant généralement de l’ordre du µg), les matrices collagène / héparine améliorent la différenciation des ostéoblastes induite par la BMP non seulement in vitro, mais également in vivo, le mécanisme pouvant être la protection des facteurs de croissance contre la dégradation et une inhibition des antagonistes de la BMP (Zhao et al., 2006). Pour des quantités de BMP inférieures qui pourraient être immobilisées sur des revêtements bidimensionnels d’implants en titane, la situation est différente. Ici non plus, aucun effet BMP n’a pu être observé (Schliephake et al., 2009), ou préjudiciable. Dans la mandibule du minipig, le contact avec l’implant osseux pour le collagène/CS était de 40%, mais pour le collagène/ CS/BMP-4 seulement de 27% (Stadlinger et al., 2007, 2008b). Cela indique que, pour utiliser la gamme complète de l’aECM potentielle, il reste encore beaucoup à apprendre sur la façon dont les composants de l’ECM et les facteurs solubles interagissent les uns avec les autres ainsi qu’avec les cellules et les protéines du tissu hôte dans le processus de guérison.
Un autre aspect est l’angiogenèse. Les gags ont été décrits pour jouer un rôle dans l’induction et la promotion de celui-ci, quelque chose d’une importance primordiale, en particulier dans les constructions tridimensionnelles. Ici, les biomatériaux présentent un intérêt qui peuvent coder des signaux matriciels qui régulent et améliorent la progression vasculaire en reproduisant l’interaction naturelle existant entre la matrice, les cellules et les facteurs angiogéniques. Dans un modèle de rat, les matrices de collagène avec HS ou héparine ont montré une angiogenèse améliorée par rapport au collagène seul (Pieper et al., 2000b; Steffens et coll., 2004), l’inconvénient étant que cette augmentation de la vascularisation n’était qu’en périphérie et probablement transitoire (Pieper et al., 2002). Cela pourrait être surmonté par l’ajout de facteurs de croissance: Le VEGF a encore augmenté le potentiel angiogénique des matrices collagène/héparine (Steffens et al., 2004), et la bFGF en combinaison avec le collagène / HS a entraîné des échafaudages qui sont restés vascularisés dans toute la matrice pendant une période d’implantation de 10 semaines. De plus, ils ont révélé une réponse tissulaire intense et prolongée et ont considérablement favorisé la génération de nouveaux tissus (Pieper et al., 2002). Le fait le plus intéressant ici est que l’ajout de bFGF à la matrice de collagène a eu le même effet transitoire et périphérique que la matrice collagène / HS sans facteur de croissance, indiquant que non seulement le HS affecte directement l’angiogenèse, mais qu’il peut fonctionner en synergie avec le bFGF. L’inclusion de l’HyA dans un emplacement matriciel spécifique peut présenter un intérêt supplémentaire, car l’augmentation de l’HyA dans les échafaudages de collagène agit de manière opposée à l’HS et à l’héparine, inhibant la germination, et la combinaison pourrait donc être utilisée pour diriger la croissance des vaisseaux (Borselli et al., 2007).
