Encapsulation de protéines par procédé sol-gel pour l’application en reconstruction osseuse

Ces dernières années, l’ingénierie tissulaire est devenue une des techniques les plus prometteuse pour le maintien et la reconstruction de tissus humains, voire même d’organes entiers. Cette solution est fréquemment basée sur la réalisation de matrices poreuses, appelées « scaffolds ». De nombreux matériaux ont été proposés pour la conception de scaffolds, comme les biocéramiques (e.g. hydroxyapatite, β-tricalcium phosphate). Cependant, de nombreuses études ont montré que un manque de propriétés d'ostéoinduction, d’ostéogenèse et d’ostéointégrité. Cette étude vise à ajuster les propriétés de surface de biocéramiques par l’ajout d’un revêtement sol-gel de silice dans lequel seront encapsulées des protéines. Dans cette optique, l’étude de l’influence des paramètres d’encapsulation sur la cinétique de libération des protéines est une étape cruciale.
L’encapsulation d’une protéine modèle (Soybean Trypsin Inhibitor) a été étudiée via deux méthodes : (1) l'imprégnation de gels de silice préalablement synthétisés, par une solution de protéine : méthode ex situ, (2) l'incorporation de la protéine lors de la synthèse du gel de silice : méthode in situ. Pour la méthode ex situ, le tétraéthylorthosilicate (TEOS) a été utilisé comme précurseur principal de la silice et le 3-(2-aminoéthylamino)propyltriméthoxysilane (EDAS) comme agent nucléant en milieu alcoolique et à pH basique. Les gels formés ont ensuite été séchés et/ou calcinés à différentes températures. Le type de traitement et la durée d'imprégnation ont été étudiés. Pour la méthode in situ, le tétraméthylorthosicilate (TMOS) a servi de précurseur au gel de silice après hydrolyse en pH acide. Les propriétés texturales des gels de silice ont été caractérisées par adsorption-désorption d'azote et porosimétrie au mercure. La cinétique de libération de la protéine a été analysée in vitro sur une durée de 4 semaines.
Les résultats de porosimétrie au mercure et d’adsorption-désorption d’azote montrent que les gels ex situ présentent une structure poreuse en forme d'entonnoir (micro, méso et macropores) tandis que le gel in situ présente une structure microporeuse.
Concernant la méthode ex-situ, les résultats montrent un « burst » après seulement 24 h suivi de l’établissement d’un plateau. Le pourcentage de protéine libérée après 7 jours d’incubation augmente lorsque la quantité de groupements aminés présents dans la silice diminue (i.e. augmentation de la température de calcination). L’effet du temps d’imprégnation ne se marque que dans le cas des gels contenant des fonctions amines avec une augmentation de la quantité de protéines absorbées avec le temps d’imprégnation. Pour la méthode in situ, un « burst » plus faible a été observé durant les premières 24 h, suivi par une libération continue de la protéine sur une période de 7 jours.
Tilkin Rémi et Régibeau Nicolas bénéficie d’une bourse FRIA octroyée par le F.R.S.-FNRS. S. D. Lambert remercie également le FRS-FNRS pour sa position de Maître de Recherches.