Le potentiel dynamique des matériaux 2D immunitairement sûrs dans les applications biomédicales
Les matériaux bidimensionnels (2D) se sont imposés comme de puissants outils pour la recherche biomédicale en raison de leurs propriétés structurelles et fonctionnelles uniques. Ils sont généralement structurés en fines couches et affichent une surface exceptionnelle, une haute conductivité électrique, une bonne résistance mécanique et des caractéristiques chimiques adaptables. Qui plus est, ils sont biocompatibles et peuvent interagir avec les molécules et les cellules biologiques. Collectivement, ces propriétés confèrent aux matériaux 2D une haute polyvalence et des capacités d’adaptation à diverses applications liées à la santé, depuis l’administration ciblée de médicaments et la biodétection jusqu’à l’ingénierie tissulaire et la médecine régénérative.
L’interaction entre le système immunitaire et les MXenes
Mené avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet SEE a concentré ses recherches sur les MXenes, des structures 2D composées de carbone et de métaux de transition au potentiel biomédical remarquable. Les MXenes peuvent moduler et interagir avec le système immunitaire en fonction de l’application. Cela signifie qu’ils pourraient être utilisés pour promouvoir une activation immunitaire bénéfique, par exemple dans le cadre de la cicatrisation des plaies où les cellules immunitaires jouent un rôle vital dans la réparation des tissus. Inversement, dans le cas d’affections qui requièrent la suppression du système immunitaire, les MXenes pourraient contribuer à atténuer l’inflammation. Cette double capacité des MXenes soulève toutefois des inquiétudes concernant d’éventuelles réponses inflammatoires néfastes ou d’autres effets immunitaires indésirables. «Notre objectif consistait à étudier l’interaction des MXènes avec les cellules immunitaires et cutanées, afin de concevoir des matériaux sûrs pour une utilisation clinique», explique Lucia Gemma Delogu, responsable du projet.
Des techniques avancées pour l’évaluation de la sécurité des MXenes
Le projet SEE a fait appel à une série de techniques sophistiquées pour évaluer les interactions avec les MXenes. Des essais ex vivo et in vivo menés avec des cellules immunitaires primaires et des modèles de peau humaine ont fourni des données essentielles concernant la cytotoxicité, l’activation des cellules immunitaires et la libération de cytokines. Pour augmenter la précision et la résolution des résultats, le projet a fait appel à la cytométrie de masse unicellulaire par temps de vol CyTOF, qui s’appuie sur des anticorps marqués au métal pour analyser de multiples marqueurs cellulaires et réaliser un profilage des cellules immunitaires. Les chercheurs ont combiné la CyTOF avec l’imagerie par faisceau d’ions en temps de vol (MIBI-TOF) pour visualiser les MXènes dans les tissus et déterminer leur distribution et leurs interactions cellulaires. Pionnier de l’utilisation de la CyTOF et de la MIBI-TOF dans une stratégie sans étiquette baptisée LINKED, le projet SEE a établi une nouvelle norme pour l’analyse à haut débit des cellules uniques et pour l’évaluation de la biocompatibilité des matériaux 2D. Cette approche a permis aux chercheurs d’étudier les interactions des MXenes avec un large éventail de types de cellules et de tissus, offrant ainsi une perspective unique sur le potentiel des MXenes dans un contexte clinique. Les MXenes ont démontré leur biocompatibilité dans les applications cutanées et ont amélioré la cicatrisation des plaies, sans compromettre la viabilité des kératinocytes de l’épiderme humain. Cette absence de cytotoxicité est cruciale pour préserver la santé de la peau dans diverses applications cosmétiques et biomédicales.
Importance de la stratégie et orientations futures
«Les renseignements générés par LINKED améliorent non seulement notre compréhension des MXènes en biomédecine, mais contribuent également à la conception de matériaux 2D dotés de propriétés immunitaires ajustables», souligne Lucia Gemma Delogu. Le projet a suscité l’intérêt de divers partenaires industriels et les résultats préliminaires relatifs à la sécurité des MXènes ont conduit à une demande de brevet provisoire, ce qui marque une étape cruciale vers la commercialisation. Plus important encore, la technique multiplexée LINKED peut être utilisée pour la détection d’autres matériaux 2D dans la recherche biomédicale ainsi que dans d’autres applications que les soins de santé, dans des domaines tels que la catalyse, le stockage de l’énergie et l’intelligence artificielle.
Mots‑clés
SEE, MXenes, matériaux 2D, CyTOF, cellules immunitaires, MIBI-TOF, cellules de la peau