Biomimetic Peptide Hybrid Materials
Conception de matériaux hybrides peptidiques biomimétiques
Résumé
We designed and developed a method for the preparation of hydrogels through the sol-gel process. It is based on (bio)organic-inorganic hybrid blocks obtained by functionalization of synthetic polymers or bioactive molecules, such as peptides, with silyl groups (triethoxysilanes or hydroxydimethylsilanes). These hybrid blocks can be combined in desired ratio and engaged in the sol-gel process to yield multifunctional hydrogels. Gelation proceeds at 37°C at pH 7.4 in a physiological buffer. Hydrolysis and condensation of silylated precursors results in a three dimensional covalent network in which molecules are linked through siloxane bonds. First, this method was applied to the synthesis of PEG-based hydrogels. Then, we demonstrated that hydrogels could be covalently functionalized during their formation. Thus, hydrogels exhibiting antibacterial properties or promoting cell adhesion were obtained. Secondly, a hybrid peptide whose sequence was inspired from natural collagen was synthesized and used to prepare hydrogels that provided a cell-friendly environment comparable to natural collagen substrates. Stem cells could be encapsulated in these hydrogels with high viability. Finally, hybrid hydrogels were used as bio-inks to print 3D scaffolds. This PhD work highlights the potential of the sol-gel chemistry for the design of tailor-made biomimetic scaffolds that could be particularly promising for tissue engineering applications.
Nous avons imaginé et développé une méthode pour la préparation d’hydrogels par procédé sol-gel à partir de blocs hybrides (bio)organique-inorganique. Les blocs hybrides sont obtenus par introduction de groupements silylés, triéthoxysilanes ou hydroxydiméthylsilanes, sur des polymères synthétiques ou des molécules d’intérêt biologique telles que des peptides. Ces blocs hybrides peuvent être combinés dans des proportions choisies pour former des hydrogels multifonctionnels. Le procédé de gélification se déroule à 37°C à pH 7.4 dans un tampon physiologique. L’hydrolyse et la condensation des précurseurs silylés conduit à la formation d’un réseau tridimensionnel covalent dans lequel les entités organiques sont reliées par des liaisons siloxanes. Dans un premier temps, cette méthode a été appliquée à la synthèse d’hydrogels à base de PEG. Nous avons ensuite montré que ces hydrogels pouvaient être fonctionnalisés de façon covalente par des entités bioactives au cours de leur préparation. Des hydrogels possédant des propriétés antibactériennes ou favorisant l’adhésion cellulaire ont ainsi été préparés. Dans un deuxième temps, un peptide hybride inspiré du collagène naturel a été synthétisé et a permis l’obtention d’hydrogels qui présentent des propriétés de prolifération cellulaire similaires à celles observées sur des substrats de collagène naturel. La biocompatibilité du procédé sol-gel a été démontrée par l’encapsulation de cellules souches dans l’hydrogel au cours de sa formation. Enfin, l’impression 3D d’hydrogels hybrides a été réalisée. Ce travail de thèse met donc en lumière le potentiel de la chimie sol-gel pour la conception à façon de matériaux biomimétiques particulièrement prometteurs pour des applications en ingénierie tissulaire.