Low molecular weight hydrogels : une stratégie de revêtement de biopiles enzymatiques pour augmenter la fonctionnalité et la biocompatibilité

Abstract

Les biopiles enzymatiques miniatures représentent un potentiel important pour la future génération de dispositifs médicaux implantables, utilisés pour le diagnostic, le pronostic et le traitement. Ces derniers fonctionnent actuellement avec des sources d'énergie externes. Ces biopiles utilisant les molécules présentes dans les fluides biologiques sont des dispositifs médicaux prometteurs. Le glucose, qui est abondamment disponible dans le corps, est à l’étude comme biocarburant permettant de produire de l’énergie. Les enzymes utilisées pour produire l'énergie à partir des produits biochimiques sont immobilisées sur des électrodes en or par des médiateurs redox. Cependant, la faible puissance actuellement disponible et la sensibilité des enzymes à l'environnement limitent leur application in vivo. Malgré des recherches intensives, de nombreux problèmes restent à résoudre, notamment l'amélioration de la puissance, de la stabilité et de la biocompatibilité des biopiles.La réaction à corps étranger et l'isolement du dispositif médical par la formation d'une capsule fibreuse peuvent d'une part dénaturer les enzymes et, d'autre part, entraver la diffusion des analytes et de l'oxygène. Le travail décrit dans cette thèse vise à protéger les biopiles fonctionnant à base de glucose. Afin de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, les hydrogels, actuellement développés pour diverses applications telles que l'administration de médicaments, l'ingénierie tissulaire et les dispositifs médicaux, offrent des propriétés prometteuses en tant que matériaux de revêtement.La première partie de la thèse est centrée sur l'évaluation de différents hydrogels injectables de faible poids moléculaire, en analysant à la fois la gélification in vitro et in vivo, la cinétique de dégradation, la réaction à corps étranger et l'angiogenèse. Les hydrogels présentent une dégradation lente et une intégration tissulaire optimale. Une angiogenèse accrue a été observée en raison de la libération d'une molécule pro-angiogénique pendant la dégradation de l'hydrogel.Dans la seconde partie de la thèse, l'un des hydrogels étudiés a été utilisé pour recouvrir l'électrode en or : le choix de l'enzyme a été basé sur des études de stabilité in vitro. En parallèle, le processus de revêtement a été optimisé, à la fois pour son uniformité et son épaisseur. Même si un revêtement plus épais présente l’avantage de protéger l’électrode contre la réaction à corps étranger, il est nécessaire de limiter l’épaisseur afin de maintenir une diffusion efficace des analytes et de l’oxygène.Les expériences en cours décrites dans la dernière partie de la thèse sont axées sur l'optimisation de l'implantation chez le rat et la mesure de l'activité des biopiles. De plus, les électrodes ont été connectées à une antenne pour établir une communication sans fil ; en effet, cela permettrait une mesure non invasive de l'activité enzymatique.En conclusion, ces travaux ont permis d'identifier un hydrogel pouvant être utilisé pour revêtir les électrodes de biopiles. Le sous-produit libéré lors de la biodégradation favorise l'angiogenèse au voisinage du matériau. Grâce à ce revêtement, on peut donc s'attendre à un échange accru d'analytes et d'oxygène, préalable indispensable à l'activité enzymatique.