Matrix-bound delivery of BMP-2 from a biomimetic film : protein structure, long-term stability and cellular uptake
Présentation de la BMP-2 par un film biomimétrique : structure de la protéine, stabilité à long terme et internalisation cellulaire
Résumé
The natural surface of bulk prostheses materials, such as metallic implants, is not suitable for successful osteointegration of implants. Therefore, improving the surface to render it osteoconductive and osteoinductive is needed. The controlled delivery of osteoinductive bone morphogenetic proteins (BMPs) from the surface of implantable materials would enable faster and better bone formation around the implant. In particular, BMP-2 plays an important role in the early phase of differentiation of stems cells in bone cells. The coating of natural polymers that have a high affinity for BMP-2 would enable BMP retention and localized delivery at the implant surface. Using the layer-by-layer technique, we have developed a coating made of the biopolymers hyaluronan and poly(L-Lysine), which acts as a reservoir to trap BMP-2 and to present them to cells in a "matrix-bound" manner. The in vitro bioactivity and in vivo osteoinductive properties of BMP-2-loaded films have previously been proved. In this work, the aim is to further understand the interaction of the BMP-2 with the film and the uptake of BMP-2 by the cells. First, the secondary structure of matrix-bound BMP-2 was studied and compared to its structure in solution. Second, the impact of drying, long term storage and sterilization on film structure and bioactivity were assessed. Finally, we investigated if and how matrix-bound BMP-2 is internalized by the cells from the different cross-linked films, the internalization route and its relation to BMP-2 signaling.
La surface naturelle des prothèses, tels que des implants métalliques, n'est pas idéale pour l'obtention d'une bonne ostéo-intégration. Par conséquent, l'amélioration des propriétés de surface pour les rendre ostéo-condutrices ou ostéo-inductrices est souhaitable. La délivrance contrôlée de protéines ostéo-inductrices de la famille des bone morphogenetic proteins (BMPs) par la surface des matériaux implantables permettrait une formation osseuse optimisée et plus rapide autour de l'implant. En particulier, la BMP-2 est importante dans la phase initiale de la différenciation vers l'os. En raison de leur similarité avec les tissus naturels, l'utilisation des revêtements de biopolymères qui ont une bonne affinité avec les molécules bioactives, semble prometteuse pour le chargement et la délivrance de BMP-2. L'équipe a déjà mis au point un film à base des biopolymères hyaluronane et de poly(L-lysine), en utilisant la technique d'assemblage couche par couche. Ce film constitue un réservoir qui permet de présenter la BMP-2 "liée à la matrice". La bioactivité in vitro et les propriétés ostéo-inductrices in vivo de ces films ont déjà prouvées. Dans ce travail, nous avons cherché à mieux comprendre l'interaction de la BMP-2 avec le film et l'interaction des cellules avec la BMP-2. Tout d'abord, nous avons étudié la structure de la BMP-2 piégée dans les films et l'avons comparé à celle en solution; puis nous avons évalué l'impact du séchage, du stockage à long terme et de la stérilisation sur la structure du film et sa bioactivité. Enfin, nous avons étudié l'internalisation de la BMP-2 par les cellules en fonction de la réticulation du film et avons étudié la relation entre internalisation et voies de signalisation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)