Des chercheurs ont développé un patch de gel permettant d’oxygéner les plaies en continu et en profondeur pour améliorer la cicatrisation. La technologie cible particulièrement les lésions chroniques qui ne peuvent cicatriser d’elles-mêmes et obligent les patients à se faire amputer. Testé sur des modèles de souris âgées et diabétiques, le patch a refermé les plaies en 23 jours environ. L’approche ouvre également des pistes intéressantes pour la culture de tissus et d’organes.
Les plaies sont considérées comme chroniques lorsqu’elles ne cicatrisent pas au bout d’un mois. Elles peuvent être provoquées par diverses conditions sous-jacentes, telles que le vieillissement et les maladies métaboliques comme le diabète. Elles affectent chaque année des millions de personnes dans le monde, une prévalence qui risque d’augmenter à mesure que la population vieillit et se trouve davantage exposée aux maladies chroniques et métaboliques.
Les plaies chroniques ne cicatrisent pas principalement en raison d’un apport insuffisant en oxygène. Ce déficit entretient un état inflammatoire prolongé, favorisant la prolifération bactérienne et la dégradation des tissus. L’oxygène ne pénètre pas suffisamment en profondeur dans les tissus lésés, entraînant une hypoxie puis une nécrose — perte irréversible de tissu — qui entravent le processus de réparation.
« Les plaies chroniques ne guérissent pas d’elles-mêmes », explique Iman Noshadi, professeur agrégé de bio-ingénierie à l’Université de Californie à Riverside (UCR). « La cicatrisation des plaies chroniques se déroule en quatre étapes : l’inflammation, la vascularisation (formation de vaisseaux sanguins par les tissus), le remodelage et la régénération, ou cicatrisation. À chacune de ces étapes, un apport insuffisant et constant d’oxygène constitue un problème majeur », précise-t-il.
Afin d’éviter la septicémie et d’améliorer la survie des patients, les membres ou les régions atteintes doivent parfois être amputés, avec des conséquences lourdes sur la qualité de vie. On estime qu’environ un patient sur cinq souffrant de blessures chroniques doit être amputé et que près de 70 % des patients concernés n’ont qu’une espérance de vie de cinq ans.
Dans une étude publiée récemment dans la revue Communications Materials, Noshadi et son équipe présentent une technologie de gel destinée à oxygéner les lésions chroniques en continu, afin d’améliorer la réparation tissulaire et de réduire le risque d’amputation.
« Il existe des pansements absorbants et d’autres libérant des agents antimicrobiens. Mais aucun ne traite réellement l’hypoxie, qui est le problème fondamental. Nous nous attaquons directement à cette cause », souligne l’auteur principal de l’étude, Prince David Okoro, doctorant en bio-ingénierie à l’UCR au sein du laboratoire de Noshadi.
Un patch de gel adoptant parfaitement la morphologie des plaies
La technologie développée par l’équipe de l’UCR prend la forme d’un patch souple agissant comme une mini-usine électrochimique à oxygène. Constitué d’eau et d’une solution de choline — aux propriétés antibactériennes, non toxique et biocompatible — le gel intègre une petite pile, semblable à celles des appareils auditifs. Celle-ci déclenche une réaction électrochimique dissociant les molécules d’eau afin de générer un flux lent et continu d’oxygène.
Contrairement aux dispositifs existants, qui oxygènent principalement la surface des tissus, ce gel est conçu pour épouser la morphologie des plaies, en comblant les interstices où la concentration en oxygène est la plus faible et le risque infectieux le plus élevé. Le matériau se moule avec précision aux contours du tissu lésé avant de durcir. Le dispositif pourrait ainsi diffuser une concentration stable d’oxygène pendant un mois, la vascularisation d’une plaie chronique pouvant nécessiter plusieurs semaines.
L’ajout de choline offrirait un bénéfice supplémentaire : au-delà de ses propriétés antibactériennes, ce composé pourrait moduler la réponse immunitaire et atténuer l’inflammation. Les plaies chroniques sont en effet souvent saturées d’espèces réactives de l’oxygène (ROS), des molécules instables qui endommagent les cellules et prolongent l’inflammation. Le gel pourrait contribuer à rétablir un équilibre en augmentant la concentration d’oxygène stable.
Une cicatrisation complète en 23 jours
Pour évaluer le patch, les chercheurs ont utilisé des souris diabétiques et âgées présentant des plaies chroniques comparables à celles observées chez les humains âgés. Dans ce modèle expérimental, ces lésions sont généralement mortelles lorsqu’elles ne sont pas traitées.
En appliquant le gel et en le remplaçant chaque semaine, les plaies des animaux se sont refermées en 23 jours environ, et leur survie a été assurée. Des essais in vitro ont également montré que la plateforme maintient la viabilité cellulaire et favorise la formation de vaisseaux sanguins dans des conditions d’hypoxie sévère.
L’approche ne se limiterait pas à la cicatrisation des lésions chroniques. Elle pourrait aussi trouver des applications dans la culture de tissus et d’organes. Le manque d’oxygène limite en effet la taille et la fonctionnalité des tissus issus de la bio-ingénierie, notamment par la formation de noyaux nécrotiques au sein des structures volumineuses.
Les stratégies actuelles pour améliorer l’oxygénation reposent, par exemple, sur l’utilisation de facteurs angiogéniques pour stimuler la formation de vaisseaux sanguins ou sur l’emploi de transporteurs d’oxygène tels que les perfluorocarbures (PFC), l’huile de silicone ou l’hémoglobine réticulée. Ces approches demeurent toutefois limitées et peinent à assurer une oxygénation suffisamment stable et constante pour soutenir durablement la régénération tissulaire.
« Lorsque l’épaisseur d’un tissu augmente, il devient difficile d’y diffuser les nutriments nécessaires, ce qui entraîne la mort des cellules. Ce projet peut être considéré comme une étape intermédiaire vers la création et le maintien d’organes plus volumineux pour les personnes qui en ont besoin », avance Iman Noshadi.
Ces résultats mettent en lumière le potentiel des approches fondées sur l’électrolyse pour fournir une oxygénation à la demande, soutenue dans le temps, en vue de la cicatrisation ou de la culture d’organes. Des recherches complémentaires seront néanmoins nécessaires pour en confirmer la reproductibilité et l’innocuité, avant d’envisager d’éventuelles applications cliniques.