Enjeux et défis des biointerfaces

Introduction

Le premier colloque visant à unifier deux regroupements stratégiques de recherche du Québec, soit le CRMAA (Centre de recherche sur les matériaux auto-assemblés) et le CQMF (Centre québécois sur les matériaux fonctionnels), s’est tenu les 3 et 4 mai 2016 à l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal. Lors de ce colloque, des chercheurs des regroupements stratégiques CRMAA et CQMF ont présenté les perspectives des axes de recherche suivants :

1. Structures supramoléculaires et auto-assemblées
2. Polymères
3. Biointerfaces
4. Nanoscience et nanotechnologies
5. Énergie
6. Biomédical
7. Environnement et développement durable
8. Matériaux intelligents

Cet article présente les perspectives de l’axe de recherche « Biointerfaces » présenté par le professeur Jean-François Masson, professeur titulaire au Département de chimie de l’Université de Montréal et directeur du groupe SPR & Plasmonic Biosensors.

Biointerfaces

Les biointerfaces sont principalement considérées comme la frontière entre des matériaux et des environnements biologiques, des fluides biologiques, des cellules, des tissus ou d’autres « matériaux vivants  ».

Les cinq enjeux principaux dans le domaine des biointerfaces sont présentés à la figure suivante :

Différentes problématiques et défis sont associés à ces enjeux. En voici quelques-uns :

Transport de charges in vivo

• Comment livrer une charge ou un médicament à un endroit très ciblé de l’organisme?
  => Développer des nanovecteurs et des interfaces pour reconnaître exclusivement l’endroit d’intérêt (une tumeur par exemple).
  => Ces « transporteurs » doivent être « furtifs », sans interaction avec d’autres constituants du corps humain, biocompatibles et non toxiques.

Biocapteurs et diagnostics

• Comment capter des molécules d’intérêt de façon exclusive sans avoir d’interaction avec les autres matériaux biologiques?
  => Développer des surfaces capables de reconnaître spécifiquement une cible biologique (pathogène, protéine, marqueur, etc.).
  => Fonctionnaliser les surfaces (enzyme, anticorps, protéine, etc.).
  => Maintenir l’activité et la réactivité des surfaces.

Surfaces antibactériennes et antiadhésives

• Comment limiter la réactivité et la contamination indésirable et très rapide des biointerfaces?
  => Protéger les matériaux contre le rejet d’implants et développer des surfaces antiadhésives pour les bactéries.

Cultures cellulaires 3D et ingénierie des tissus

• Comment créer des tissus pour greffe d’organes et recoloniser des os?
  => Développer des interactions entre les cellules biologiques et les surfaces des implants.
  => Comprendre les mécanismes de biominéralisation et le comportement des cellules en surface.

Techniques de caractérisation et d’imagerie

• Comment visualiser la dynamique et la fonction des cellules in situ?
  => Imager des biomolécules spécifiques.
  => Créer des marqueurs pour déterminer précisément la position de cibles biologiques.
  => Développer des techniques capables d’enregistrer la réponse de cellules à un environnement.

Exemple de projets en biointerfaces

Transport de charge in vivo pour combattre les cellules cancéreuses

Chaque jour, les maladies cancéreuses touchent de plus en plus de personnes. Selon certaines statistiques, « toutes les trois minutes, chaque jour de l’année, une personne reçoit un diagnostic de cancer », et « toutes les six ou sept minutes, chaque jour de l’année, une personne décède de cette maladie » [1-2]. Parce que les maladies cancéreuses sont au cœur de nos problèmes sociétaires, le dépistage, la localisation et le traitement des cellules cancéreuses sont des défis de taille touchant l’ensemble de la population. De nombreux projets en biointerfaces traitent de ces thématiques et la lutte contre « le » cancer mobilise de nombreuses équipes de recherche à travers le monde.

Dernièrement, des chercheurs ont développé des nanoparticules magnétiques d’oxyde de fer fonctionnalisées à l’aide d’un nouveau type de ligands multifonctionnels [3-4]. Le ligand permet d’assurer conjointement la stabilisation et la dispersion en milieu aqueux, ainsi que la délivrance régulée de médicaments au moyen du mécanisme d’hyperthermie. Les nanoparticules d’oxydes de fer, quant à elles, suscitent un fort intérêt puisqu’elles sont biocompatibles, ce qui permet leur utilisation in vivo. Les propriétés magnétiques de ces nanoparticules rendent possible le dépistage des cellules cancéreuses grâce aux techniques d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et le traitement en tant que vecteurs de principes actifs. Afin de traiter les cellules cancéreuses, un champ magnétique alternatif permet l’échauffement des oxydes de fer et ainsi de combattre la tumeur par élévation locale de la température et par libération des molécules d’intérêt, la rhodamine dans la présente étude [4].