Cet article retient 6 études originales publiées entre 2016 et 2024, issues d’équipes chinoises, britanniques, américaines, irlandaises et sud-coréennes, ainsi que de travaux collaboratifs, dans le cadre d’une revue narrative. L’expression « autres tissus » prend notamment l’exemple de cultures de muscle squelettique ; la littérature sélectionnée couvre les matériaux, les études in vitro et animales, mais ne comprend aucun essai clinique évaluant l’efficacité chez l’homme.
01Tendons, cartilage et muscles : des réponses structurelles différentes sont nécessaires
Ces différentes approches peuvent toutes utiliser des structures fibrillaires, mais ne peuvent pas reposer sur le même critère selon lequel « plus les performances sont élevées, mieux c’est ». Les études sur les tendons et les ligaments portent souvent sur l’étirement axial et l’organisation cellulaire ; celles sur le cartilage doivent simultanément traiter la compression, la structuration en couches et la formation de la matrice ; les études sur le muscle squelettique associent quant à elles l’organisation cellulaire, la formation de tubes musculaires et la co-culture avec des cellules liées à la vascularisation.1,2,3,4,5,6
| Axes d'application | Formes structurelles étudiées | Évaluation correspondante |
|---|---|---|
| Réparation des tendons et des ligaments | Membranes orientées, faisceaux de fibres enroulées, composites tissés/électrofilés | Traction, infiltration tissulaire, alignement du collagène et résistance de la réparation 1,2 |
| Ingénierie des tissus cartilagineux | Échafaudages segmentés, matrices renforcées par fibres, supports à cœur-coquille | Compression, phénotype cellulaire, matrice cartilagineuse et réparation des défauts 3,4,5 |
| Ingénierie tissulaire du muscle squelettique | Fibres orientées et squelettes de soutien, co-culture cellulaire | Alignement des myocytes, formation de tubes musculaires et marqueurs de différenciation 6 |
Il convient également de distinguer les échafaudages de réparation tendineuse des membranes anti-adhérences tendineuses. Les premiers visent à permettre aux cellules cibles d'infiltrer le support et de former un tissu organisé, tandis que les seconds visent à isoler les tissus environnants et à protéger l'interface de glissement. Même lorsque le nom du matériau est identique, les exigences relatives à la structure poreuse et à la surface peuvent différer entre ces deux types d'échantillons ; cet article traite des structures de réparation tissulaire.1,2
02Quel rôle l'électrofilage joue-t-il dans les échafaudages composites ?
La couche électrofilée peut constituer la structure principale ou se limiter à guider le contact, réguler l'interface ou assurer une libération locale. Les membranes orientées peuvent en outre être enroulées en faisceaux et combinées à des structures tissées avec des fils plus épais ; pour le cartilage, les fibres électrofilées peuvent également être dispersées sous forme de fibres courtes dans une matrice imprimable. Avant de choisir le procédé, il convient de déterminer si les fibres doivent rester continues, être regroupées en faisceaux, disposées en couches ou dispersées en tant que composant de renforcement.1,2,4
Les études combinant plusieurs procédés méritent une attention particulière. Les squelettes tissés ou les structures imprimées peuvent fournir une forme et un soutien à plus grande échelle, tandis que les fibres fines régulent l'environnement local du contact cellulaire. L'effet final relève de l'ensemble du système combiné et nécessite la validation simultanée de l'orientation des fibres, de la porosité, de l'adhérence interfaciale et des propriétés mécaniques à l'état humide ; l'ensemble des performances de l'échafaudage composite ne peut être attribué à un seul appareil ou à un seul procédé.2,3,4,6
03Tendons et ligaments : des membranes orientées aux échafaudages composites gradués
Pour un même PCL, modification de l'arrangement et des modes d'enroulement en faisceaux
Dans des études menées en Pauly et 2016, des membranes planes fabriquées à partir de fibres aléatoires ou alignées PCL ont été comparées à des faisceaux de fibres enroulés, afin d’examiner l’influence de la géométrie sur les propriétés mécaniques et le comportement cellulaire. Les résultats ont montré que des structures différentes présentaient des modules et des comportements de plasticité distincts, tout comme des degrés variables d’étirement cellulaire ; les cellules souches dérivées de la graisse sont restées actives et ont proliféré après 7 jours de culture. Cette étude sur les matériaux et en conditions in vitro indique que la manière dont les fibres sont organisées constitue en soi une variable de conception, et ne se limite pas à la formulation du polymère.1
L'article relie certains indicateurs mécaniques aux valeurs observées dans les ligaments naturels, mais cela ne signifie pas que les faisceaux de fibres sont déjà capables de remplacer des ligaments chez l'humain. Pour une structure de réparation soumise à long terme à des tractions répétées, les résultats initiaux de traction doivent également être mis en correspondance séparément avec les conditions à l'état humide, la fatigue, les modalités de fixation et l'intégration tissulaire.1
Permettre l'ouverture progressive de la couche de soutien tout en conservant les indices directionnels
Dans des études menées en Xie et 2024, une couche tissée à dégradation graduelle composée de PGA et de filaments de soie a été associée à une couche électrofilée assurant un guidage directionnel. Les composants à dégradation plus rapide ont progressivement formé des voies d’entrée, tandis que la couche électrofilée a fourni, à différentes étapes, des repères pour l’organisation des cellules et du collagène. L’étude a observé l’infiltration et l’alignement tissulaires dans un modèle de rat présentant un défaut du tendon d’Achille, et a effectué une évaluation mécanique à 8 semaines, faisant état d’une amélioration de la réparation.2
L'enseignement tiré de cette étude animale est de concevoir la « structure au moment de l'implantation » et la « structure après dégradation » comme un processus continu. Le simple fait d'augmenter la porosité initiale ou l'épaisseur des nanofibres pourrait modifier l'équilibre entre soutien et pénétration ; il est donc nécessaire d'observer l'ensemble de l'échafaudage composite au fil du temps.2
04Réparation du cartilage : de la structure zonée à la matrice renforcée par des fibres
Formation de différentes zones structurelles par combinaison de procédés
Une équipe britannique, dans des études menées en Munir et 2019, a combiné l’impression à basse température et l’électrofilage pour construire un échafaudage multizone en PCL présentant différentes orientations de fibres et structures poreuses. Après 4 semaines de culture in vitro, les cellules souches mésenchymateuses ont pu s’adhérer et survivre, tout en conservant des caractéristiques liées aux glycosaminoglycanes. Cette étude soutient l’exploration de structures zonées comme plateformes de culture du cartilage ; elle ne démontre toutefois pas directement que la fonction du cartilage articulaire ait déjà été restaurée chez l’animal ou le patient.3
Les fibres électrofilées courtes peuvent également servir de composants de renforcement pour des échafaudages tridimensionnels
Dans des études menées en Weiming Chen et 2020, il a été rapporté que des fibres électrofilées de gélatine/PLGA avaient été traitées pour obtenir de courtes fibres dispersées, puis ajoutées à une encre d’impression contenant de la matrice décellularisée de cartilage. L’échafaudage ainsi obtenu combinait une forme prédéfinie, une structure poreuse interne et des propriétés mécaniques à l’état humide, et une amélioration de la réparation a été observée dans un modèle de lapin présentant un défaut de cartilage articulaire. L’électrofilage a principalement servi ici à fournir un composant de renforcement ; l’échantillon final était constitué conjointement de fibres, de matrice décellularisée et des étapes de mise en forme ultérieures.4
Les fibres cœur-coquille introduisent la libération locale dans l'étude des chondrocytes
Dans des études menées en Wei Chen et 2020, l’électrofilage coaxial a été utilisé pour encapsuler du sulfate de glucosamine dans des fibres de PCL, afin d’examiner l’influence de la structure, de la libération du principe actif et de la réponse in vitro des cellules de cartilage articulaire de rat. Les résultats soutiennent l’exploration de ce matériau comme promoteur de la croissance cellulaire dans des conditions de culture spécifiques, mais les preuves restent limitées au niveau cellulaire. Son objectif de « régénération du cartilage » ne peut être formulé comme signifiant que des défauts cartilagineux ont déjà été réparés.5
05Études sur le muscle squelettique : synchroniser l'alignement et la co-culture cellulaire
Une équipe coréenne, dans des études menées en Yeo et Kim en 2020, a combiné l’électrofilage cellulaire et l’impression 3D pour construire, sur une structure de soutien en collagène PCL/, des fibres d’alginate contenant des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs), avant d’y ensemencer des myoblastes C2C12 pour une co-culture. L’étude a observé une amélioration de l’alignement cellulaire, des morphologies liées aux tubes musculaires et de l’expression des gènes myogéniques, établissant ainsi un lien entre les repères fournis par l’orientation des fibres et la coordination entre différents types cellulaires.6
Il s'agit d'une plateforme d'ingénierie tissulaire du muscle squelettique in vitro ; la participation de cellules endothéliales à la culture ne peut être assimilée à l'établissement de vaisseaux perfusables, ni les marqueurs des tubes musculaires permettre de conclure à une restauration de la force musculaire. Sa contribution au développement des matériaux consiste à proposer des variables pouvant être étudiées séparément : comment la structure de soutien est fixée, comment les fibres guident les cellules, quels types cellulaires sont placés où, et comment leurs interactions sont évaluées.6
L’électrofilage cellulaire diffère également du procédé consistant à préparer d’abord des fibres avasculaires, puis à y ensemencer des cellules. La première approche exige une conception spécifique axée sur l’état des cellules vivantes, les bioencres et l’environnement opératoire ; les paramètres de procédé de l’électrofilage classique en milieu solvant ne peuvent être transposés directement à un système cellulaire vivant.6
06De la similarité structurelle à la fonction tissulaire : les preuves doivent être établies progressivement
Ces publications démontrent conjointement la valeur de la conception axée sur l’alignement, la segmentation et la combinaison des fibres, mais chacune répond à des questions différentes. Les faisceaux de fibres de Pauly, l’échafaudage cartilagineux multizones de Munir, les fibres à cœur-enrobage de sulfate de glucosamine et la plateforme de co-culture de Yeo reposent principalement sur des matériaux ou des expériences in vitro ; l’échafaudage pour tendon d’Achille de Xie et l’échafaudage composite cartilagineux de Weiming Chen ont ensuite fait l’objet d’études correspondantes sur des modèles animaux présentant des défauts.1,2,3,4,5,6
Le collagène organisé des tendons, les glycosaminoglycanes ou le collagène de type II du cartilage, ainsi que les marqueurs myogéniques des muscles, contribuent à la compréhension du processus de réparation, mais ne peuvent se substituer les uns aux autres ni représenter à eux seuls la fonction à long terme. Lors de l’interprétation des résultats, il convient de conserver les informations relatives à la localisation tissulaire, à l’espèce animale, à la durée d’évaluation et aux conditions de contrôle. Les publications sélectionnées dans cette revue n’ont fourni aucun essai clinique sur l’homme ; il ne faut donc pas en conclure qu’il n’existe aucune autre étude humaine dans ce domaine.1,2,3,4,5,6
07Transformer les besoins tissulaires en échantillons pouvant être préparés et analysés
Pour l’orientation tendineuse, il convient d’indiquer d’abord si l’échantillon est une membrane plane, un faisceau de fibres enroulées ou un composite tissé, ainsi que la direction principale de sollicitation et le mode de fixation ; pour l’orientation cartilagineuse, il faut décrire l’épaisseur, la segmentation, les exigences en matière de compression, et préciser si les fibres doivent être combinées à un hydrogel ou à une matrice décellularisée ; pour la culture du muscle squelettique, il convient de commencer par le type cellulaire, l’orientation et le support de culture. Ces informations différentes correspondent à des configurations de collecte et de composite distinctes.
Pour les échantillons orientés, il faut enregistrer la distribution de l’orientation des fibres ainsi que les différences axiale et transversale ; pour les échafaudages stratifiés, il faut vérifier la liaison inter-couches et la déformation à l’état humide ; pour les systèmes renforcés par des fibres courtes, il faut évaluer conjointement la dispersion des fibres, la distribution de leur longueur et la mise en forme ultérieure. En cas de production continue ou d’augmentation de la surface, il faut également vérifier si des structures comparables sont conservées en différents points, afin d’éviter que la moyenne ne masque les disparités locales.
Les effets des solvants résiduels, du nettoyage et de la stérilisation doivent être étudiés en fonction du système matériel. Si celui-ci contient des protéines, des médicaments ou des cellules vivantes, il faut également vérifier l’activité correspondante et la tolérance aux traitements. La corrélation entre les enregistrements de procédé, les contrôles structurels et les évaluations biologiques permet d’identifier l’origine des différences entre les échantillons et, sur cette base, d’analyser les fonctionnalités des équipements.1,2,3,4,5,6
08Problèmes courants dans le développement d’échafaudages pour tendons, cartilage et muscles
La présence de fibres orientées suffit-elle à assurer la régénération tendineuse ?
L’orientation constitue une indication structurelle précieuse, mais elle doit être coordonnée avec l’infiltration cellulaire, la conservation du support et le remodelage tissulaire. Les résultats in vitro obtenus avec une membrane plane et la réparation d’un défaut complet du tendon d’Achille appartiennent à des stades de preuve différents.1,2
L’électrofilage ne permet-il de produire que des membranes minces ?
Non. La littérature décrit aussi bien des faisceaux de fibres enroulées que des échafaudages tridimensionnels combinés à des structures tissues ou imprimées, ainsi que des fibres courtes utilisées comme composants de renforcement. La forme finale doit être déterminée en fonction de l’application et associée aux traitements ultérieurs correspondants.1,2,3,4
Un échafaudage cartilagineux doit-il obligatoirement adopter une structure à cœur-enrobage pour le chargement médicamenteux ?
Pas nécessairement. La géométrie segmentée, le renforcement par fibres et la libération locale représentent des approches de recherche distinctes. Il convient d’abord de déterminer si l’objectif est de résoudre un problème de distribution cellulaire, de support à l’état humide ou d’administration de composants biologiques, puis de choisir la structure correspondante.3,4,5
Références
Ci-dessous figurent les études originales utilisées dans cette revue, synthétisées indépendamment par TONGLI. L’interprétation de la littérature n’implique aucune relation d’achat d’équipement ou de coopération entre les auteurs des articles, les institutions de recherche et TONGLI ; le champ de lecture précis est indiqué dans les notes relatives à chaque référence.
Les références bibliographiques conservent la langue de publication d’origine pour faciliter leur vérification.
Pauly HM, Kelly DJ, Popat KC, et al. Mechanical properties and cellular response of novel electrospun nanofibers for ligament tissue engineering: Effects of orientation and geometry. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2016;61:258–270.
DOI：10.1016/j.jmbbm.2016.03.022 ↗Périmètre de lecture : texte intégral original local, avec vérification des enregistrements de PubMed et de l’institution de l’auteur
Xie X, Wang X, Ding D, et al. Multilayer woven scaffolds with gradient degradation and nano guidance properties for tendon reconstruction: Continuously promoting tissue infiltration and inducing tissue alignment. Nano Today. 2024;56:102277.
DOI：10.1016/j.nantod.2024.102277 ↗Champ de lecture : texte intégral original local, méthodes de tissage/électrofilage, modèle de tendon d'Achille chez le rat et évaluation mécanique à 8 semaines ; vérification des pages de la revue
Munir N, McDonald A, Callanan A. A combinatorial approach: Cryo-printing and electrospinning hybrid scaffolds for cartilage tissue engineering. Bioprinting. 2019;16:e00056.
DOI：10.1016/j.bprint.2019.e00056 ↗Champ de lecture : texte intégral original local et résumé de la revue ; le fichier local contient une correction complémentaire de la déclaration d'intérêts de l'année 2020
Chen W, Xu Y, Li Y, et al. 3D printing electrospinning fiber-reinforced decellularized extracellular matrix for cartilage regeneration. Chemical Engineering Journal. 2020;382:122986.
DOI：10.1016/j.cej.2019.122986 ↗Champ de lecture : texte intégral original local, avec vérification du résumé, des méthodes et des conclusions originaux de la revue
Chen W, Wang C, Gao Y, et al. Incorporating chitin derived glucosamine sulfate into nanofibers via coaxial electrospinning for cartilage regeneration. Carbohydrate Polymers. 2020;229:115544.
DOI：10.1016/j.carbpol.2019.115544 ↗Champ de lecture : texte intégral original local, avec vérification de PubMed par rapport au résumé de la revue ; pour l'expérimentation in vitro sur des chondrocytes
Yeo M, Kim G. Micro/nano-hierarchical scaffold fabricated using a cell electrospinning/3D printing process for co-culturing myoblasts and HUVECs to induce myoblast alignment and differentiation. Acta Biomaterialia. 2020;107:102–114.
DOI：10.1016/j.actbio.2020.02.042 ↗Champ de lecture : texte intégral original local et résumé de PubMed ; pour la co-culture cellulaire in vitro
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