Biomatériaux à base de plaquettes

Des biomatériaux riches en facteurs de croissance peuvent être obtenus à partir de la fraction riche en plaquettes récupérée par centrifugation du sang total. Cette fraction est en général activée par la thrombine pour former un gel de fibrine ou pour le relargage de facteurs de croissance à partir des plaquettes.

1.2.2.1.Plasma riche en plaquettes (PRP)

Le plasma riche en plaquettes est préparé en débarrassant le sang des leucocytes. La concentration en plaquettes est environ 5 fois supérieure à celle du sang total, c'est-à-dire comprise en 1 et 4 millions de plaquettes/µL. Cette préparation peut être conservée à température ambiante pendant 5 à 7 jours. Le PRP peut être préparé de manière autologue à partir de 50 à 100 mL de sang du patient. Un gel contenant les

plaquettes est formé en mélangeant le PRP avec du CaCl2 ou de la thrombine, afin de convertir le fibrinogène

en fibrine, et pour activer le relargage des facteurs de croissance par les plaquettes. Ce type de gel contient

une concentration physiologique de fibrinogène (5 mg.mL-1) ainsi que de la fibronectine (0,3-0 ,5 mg.mL-1).

Ces gels ont donc une faible résistance à la traction et libèrent une quantité importante de fluides. Bien que cela favorise le relargage des facteurs de croissance, c’est un inconvénient majeur pour certaines applications cliniques car cela limite l’adhérence du matériau au tissu et il risque d’être emporté par les fluides biologiques

232. Le contenu en facteurs de croissance et les propriétés viscoélastiques du matériau sont variables, en

fonction du donneur, de la méthode de préparation et du type de thrombine ajoutée au mélange.

Les PRP sont riches en facteurs de croissance qu’ils libèrent lors de l’activation des plaquettes, ils peuvent être préparés de manière complètement autologue et rapide car seules quelques étapes de

171 centrifugation sont nécessaires et peu coûteuses. Un grand nombre d’études a montré qu’ils stimulent la croissance cellulaire ce qui rend leur utilisation possible dans de nombreux domaines.

1.2.2.2.Fibrine riche en plaquettes

La fibrine riche en plaquette (PRF) est préparée à partir d’un petit volume de sang autologue collecté

sans anticoagulant et immédiatement centrifugé. L’activation physiologique de la cascade de la coagulation lors de la centrifugation induit la formation d’un caillot de fibrine qui peut être utilisé comme une membrane

riche en facteurs de croissance qui améliore la croissance cellulaire 271 (Figure 111). La principale différence

entre la PRF et les PRP tient à l’architecture du réseau de fibrine qui se forme graduellement dans la PRF lors de la centrifugation, en l’absence d’agents anticoagulants. Le réseau est donc plus dense et emprisonne les plaquettes et les leucocytes. Le relargage des facteurs de croissance est donc plus graduel que dans le PRP. Le relargage du TBF et du PDGF diminue considérablement après le premier jours pour les PRP, alors qu’il

est maintenu pendant 2 semaines avec les PRF 272. Cependant, ces gels ne sont pas encore utilisés en routine

par les cliniciens.

Figure 111 : préparation de la fibrine riche en plaquette (PRF) d’après Masoudi et al 268.

1.2.2.3.Activation des biomatériaux à base de plaquettes

Le terme « activation » renvoie à deux processus clés devant être initiés au sein des matériaux à base

de plaquettes : la dégranulation des granules  _{pour libérer les facteurs de croissance qu’elles contiennent,}

et le clivage du fibrinogène pour amorcer la formation de la matrice de fibrine. Il existe 3 méthodes principales pour accomplir cela :

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 _{l’addition de chlorure de calcium et de thrombine qui aboutit à une activation rapide et irréversible.}

Cependant, introduire une substance exogène augmente le risque d’infections ou de réactions inflammatoires.

 l’activation par des cycles de congélation/décongélation qui altèrent la structure des plaquettes et

initient leur dégranulation. L’avantage de cette méthode est qu’elle ne nécessite aucune substance exogène, mais elle est longue à mettre en place et peu adaptée à un contexte clinique ou industriel.

 l’activation in vivo par du collagène. Les PRP et autres matériaux contenant des plaquettes peuvent

être injectés directement in vivo, où ils sont activés au contact du collagène (par l’interaction avec le facteur de Van Willebrand, lié aux collagènes de type I et III principalement). Cette méthode est la plus utilisée car elle permet un relargage plus lent et maintenu de facteurs de croissance.

1.3.Utilisation clinique des biomatériaux à base de sang

Le potentiel hémostatique de la fibrine est connu depuis bien longtemps. En effet, lors de la première guerre mondiale, des patchs de fibrine étaient utilisés pour limiter le saignement. Mais ce n’est que dans les années 1940 que l’utilisation de la fibrine comme un adhésif émerge, grâce aux travaux du docteur Peter

Medawar 269. Les méthodes de fractionnement et de purification sont ensuite améliorées, de telle sorte qu’à

la fin des années 1970, les colles de fibrines commencent à se répandre en Europe. A l’heure actuelle, les colles de fibrine sont utilisées pour limiter les saignements et refermer les tissus en chirurgie cardiaque et

intestinale, mais aussi en neurochirurgie, afin de limiter l’utilisation d’agrafes ou de points de suture 273.

Les matériaux à base de plaquettes (et notamment autologues) sont utilisés dans les hôpitaux, pour des applications variées, car ils contiennent des facteurs de croissance. Ils accélèrent la guérison en chirurgie orale, maxillo-faciale et parodontale, notamment en améliorant la régénération osseuse et l’ostéo-intégration des implants dentaires. Ils sont également utilisés en chirurgie orthopédique, bien que dans ce

domaine les bénéfices cliniques associés à leur utilisation soient encore sujets à controverse 232. Des résultats

encourageants ont été obtenus pour le traitement des ulcères récalcitrants, en particulier, en les combinant

avec une greffe de peau pour les ulcères de grande taille 274. Les PRP peuvent aussi être utilisés pour le

traitement des lésions du cartilage et autres chondropathies. Ainsi, l’injection de quelques millilitres de PRP dans l’articulation défaillante, répétée 2 ou 3 fois toutes les semaines, diminue significativement

l’inflammation et les douleurs, et semblerait induire une régénération du cartilage 275. Les propriétés

anti-inflammatoires des PRP et leur capacité à induire la régénération tissulaire ont amené à leur utilisation en

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1.4.Risques et limites des biomatériaux à base de sang.

La transmission de virus est un risque bien connu. C’est pourquoi, dans les pays développés, la production de biomatériaux à base du sang de donneurs multiples est strictement régulée et des contrôles systématiques ont été mis en place. L’absence de virus, tels que le VIH ou le VHC, est vérifiée dans chaque échantillon de sang et de plasma, mais aussi dans les matériaux finaux. Au cours de leur production, certaines étapes permettent aussi de limiter la charge virale (pasteurisation, stérilisation à la vapeur, nanofiltration…). Le risque de transmission virale par ces produits est donc très réduit.

L’utilisation de thrombine bovine, notamment pour induire l’activation des PRP, est associée à un risque d’induction des réactions immunologiques. La thrombine bovine présente aussi un risque de transmission de zoonose. Pour pallier cela, de la thrombine humaine recombinante produite dans des cellules

CHO 277 a récemment reçu les agréments permettant sa commercialisation.

Le dernier risque associé à l’utilisation de ces biomatériaux est la présence de concentrations élevées de facteurs de croissance, et particulier le PDGF, connu pour ses propriétés potentiellement oncogènes. En effet, un risque de cancer plus élevé a été démontré pour des patients traités avec d’importantes doses de

ce facteur de croissance 278. Le PDGF régule l’activation et la sécrétion des enzymes protéolytiques dans les

cellules cancéreuses, et il jouerait ainsi un rôle dans leur caractère invasif ou métastatique.

Bien que les matériaux à base de sang présentent de nombreux avantages, ils ont aussi leurs limites. Certaines formulations de PRP ont des propriétés viscoélastiques telles qu’ils ne résistent pas à la déformation, ce qui limite leur utilisation pour certaines applications. L’utilisation de thrombine exogène pour l’activation des PRP peut déclencher des réactions inflammatoires. Pour le traitement des brûlures, l’utilisation de PRP est associée à la formation de grandes quantités de tissu de granulation et donc de

cicatrices hypertrophiques 279. Il est également très difficile de disposer d’un nombre suffisant de plaquettes

d’un individu ayant subi un traumatisme important comme l’est une brûlure du second degré et au-delà 280.

De plus, le relargage de quantités importantes de facteurs de croissance par les plaquettes présente un risque oncogénique potentiel. Travailler en l’absence des plaquettes permettrait donc d’avoir un environnement plus riche en facteurs de croissance, sans pour autant courir ce risque. De plus, un matériau acellularisé peut plus aisément être conservé, sous forme lyophilisée par exemple. Il serait donc intéressant de disposer d’un matériau synthétisé à partir de sang, mais en l’absence de plaquette, dont les propriétés viscoélastiques seraient supérieures à celles des PRP et fournissant un environnement nutritif riche pour la colonisation cellulaire et la réparation tissulaire.

Nous avons donc élaboré un RIP à base de plasma sanguin comme une alternative aux PRP pour certaines applications. En effet, le RIP contenant un réseau de polymère synthétique, devrait être aisément

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manipulable et posséder des propriétés viscoélastiques adéquates. Il serait également composé d’un réseau de fibrine dont la concentration sera proche de la valeur physiologique, dans lequel les autres protéines circulantes seraient emprisonnées. Ces protéines sont principalement la fibronectine et la vitronectine, connues pour posséder des motifs favorisant l’adhérence cellulaire, en particulier le motif RGD. Ce point devrait permettre de faciliter la survie et la prolifération cellulaire.

Tous les matériaux présentés dans ce chapitre ont été synthétisés à partir de plasma humain total, qui nous a été donné par le Centre de Transfusion Sanguine des Armées (CTSA). Nous nous sommes dans un premier temps intéressés à la gélification du plasma, en présence de Calcium et de Thrombine, avant d’élaborer des RIPs à base de plasma.