De nouvelles connaissances sur la réponse immunitaire ouvrent la voie à des implants médicaux améliorés

L’introduction de dispositifs médicaux – généralement constitués de matériaux tels que le titane, le silicone ou le collagène – dans notre corps peut provoquer une multitude de réponses immunitaires différentes. Si certaines réactions peuvent nuire à notre corps, d’autres peuvent contribuer à le guérir. Les chercheurs n’ont pas encore pleinement compris la rime ou la raison derrière les réactions du corps, mais une nouvelle étude complète une pièce essentielle du puzzle.

En examinant de près les réponses polarisées du système immunitaire à deux matériaux différents implantés chez la souris, des chercheurs de l’Institut national d’imagerie biomédicale et de bioingénierie (NIBIB) ont identifié les principaux facteurs déterminants de la régénération et des dommages induits par les implants. Les auteurs suggèrent que leurs conclusions, publiées le 23 octobre dans Matériaux naturelscontribuent à préparer le terrain pour la conception de nouveaux dispositifs médicaux qui influencent le système immunitaire pour aider l’organisme plutôt que de lui nuire.

Les dispositifs médicaux tels que les stimulateurs cardiaques, les implants mammaires ou les arthroplasties du genou peuvent déclencher des réponses immunitaires hostiles qui peuvent endommager non seulement les implants eux-mêmes, mais également les tissus environnants. La solution clinique privilégiée a consisté à administrer des médicaments qui atténuent la réponse immunitaire de l’organisme, appelés immunosuppresseurs, qui ne sont pas toujours efficaces et comportent de sérieux risques.

En raison de complications, notamment de dommages d’origine immunitaire, des interventions chirurgicales supplémentaires sont presque toujours nécessaires, que ce soit des mois ou des années plus tard, pour retirer ou remplacer les implants rendus inefficaces ou dangereux.

Cependant, certains implants, tels que les greffes de tissus d’origine naturelle, ont montré qu’ils pouvaient orienter le système immunitaire dans une direction plus souhaitable, en stimulant les processus de réparation. Même si les biomatériaux naturels ne conviennent pas à toutes les applications médicales, ils peuvent néanmoins constituer de précieuses leçons pour d’autres types de dispositifs.

“Si nous pouvions déterminer quel aspect de ces différents matériaux provoque certaines réponses immunitaires, nous aurions plus de contrôle sur la conception de matériaux et de dispositifs qui encouragent les réponses souhaitées”, a déclaré l’auteur principal Kaitlyn Sadtler, Ph.D., Earl Stadtman Tenure- Enquêteur de piste et chef de la section d’immuno-ingénierie au NIBIB.

Pour trouver des explications aux différentes réactions aux différents appareils, les auteurs de la nouvelle étude ont prélevé des volumes de muscles dans les pattes des souris et comblé les lacunes avec deux biomatériaux connus pour provoquer des réactions opposées.

L’un d’entre eux était la sous-muqueuse décellulaire de l’intestin grêle – un tissu de porc qui a été dépouillé de ses cellules, laissant derrière lui principalement du collagène – qui favorise les processus immunitaires réparateurs et s’est révélé prometteur en tant que solution clinique aux blessures abdominales. L’autre était du polyéthylène, un plastique utilisé pour fabriquer des implants orthopédiques qui peut déclencher une inflammation et des cicatrices à long terme lorsque de petits morceaux sont rejetés dans les tissus environnants. Un troisième groupe de souris blessées n’a pas été traité à des fins de comparaison.

Grâce à un processus appelé cytométrie en flux, Sadtler et ses co-auteurs ont identifié et compté divers types de cellules à partir de tissus prélevés sur des souris.

Comme prévu, les échantillons implantés avec de la sous-muqueuse présentaient des motifs plus étroitement associés à l’anti-inflammation et à la réparation que ceux implantés avec du polyéthylène. Mais parmi les nombreuses différences entre les échantillons implantés avec les deux types de matériaux, la quantité d’un type de cellule présent était particulièrement frappante.

Les échantillons de sous-muqueuse contenaient beaucoup plus d’un type de cellule spécifique appelé cDC1, appartenant à une classe connue sous le nom de cellules dendritiques, qui aident le système immunitaire à distinguer les amis des ennemis.

De plus, lorsque les chercheurs ont utilisé des souris génétiquement modifiées pour contrecarrer le développement du sous-type de cellules dendritiques, l’inflammation et les cicatrices étaient endémiques et la croissance de nouveaux muscles était altérée, quel que soit le matériau implanté.

“Ces cellules dendritiques jouent probablement un rôle clé dans l’apaisement du système immunitaire. Ainsi, lorsque nous avons vu qu’elles étaient enrichies dans les échantillons de sous-muqueuse porcine, nous avons voulu creuser plus profondément pour comprendre comment et pourquoi ces cellules se trouvaient sur le site de la blessure.” » dit Saddler.

Grâce à un groupe d’expériences, les chercheurs ont déterminé qu’un type de cellules immunitaires appelées cellules tueuses naturelles sécrétait des signaux chimiques pour attirer le sous-type de cellules dendritiques – un processus bien documenté observé dans les réponses immunitaires aux tumeurs.

Dans le contexte du cancer, les cellules tueuses naturelles sont activées par des signaux de danger moléculaire émis par des cellules blessées ou mourantes. Ces signaux seraient également probablement présents dans la sous-muqueuse du porc, mais pas dans le polyéthylène, ce qui ferait de ces molécules un facteur probable de la différence drastique dans la façon dont les deux groupes d’animaux réagissaient, a expliqué Sadtler.

Après avoir identifié certains mécanismes préliminaires par lesquels le matériau induit ce recrutement cellulaire, l’équipe de Sadtler prévoit d’identifier les protéines et molécules spécifiques qui ont déclenché les réponses réparatrices, dans le but d’exploiter ces molécules pour atténuer l’auto-immunité et amplifier les processus de régénération.

Si leurs stratégies portent leurs fruits, elles pourraient alors être utiles pour modifier les dispositifs existants – en ajoutant des revêtements remplis de protéines à la surface d’un stimulateur cardiaque, par exemple – ou pour éclairer la conception de dispositifs entièrement nouveaux. En jouant avec le système immunitaire complexe du corps, les dispositifs médicaux du futur pourraient être plus sûrs et durer beaucoup plus longtemps.

“Les implants provoquent souvent des douleurs et, dans de nombreux cas, doivent être retirés au bout de quelques années. Nous cherchons à terme à éliminer ce problème en prolongeant la durée de vie des dispositifs médicaux implantés jusqu’à celle des patients”, a déclaré Sadtler.