Stabilité des biomatériaux hydrogel pour les implants cornéens

Abstract

On estime que 23 millions de personnes souffrent de cécité cornéenne. Parmi elles, les infections et les ulcérations peuvent entraîner des perforations actuellement traitées par collage au cyanoacrylate, souvent suivi d'une greffe de cornée, bien que cette approche ne soit pas idéale. La greffe de cornée souffre d'une disponibilité extrêmement limitée de donneurs, restreignant ce traitement à un patient sur 70. Pour remédier à ce problème, notre laboratoire a développé des hydrogels à base de peptides de type collagène (CLP) comme alternative au collage et à la greffe, afin de combler et de sceller les perforations tout en régénérant le tissu cornéen. Pour une application pratique, il est essentiel que les hydrogels conservent leurs propriétés favorables depuis leur production jusqu'à leur utilisation. L’objectif de cette étude était d'examiner la stabilité de ces hydrogels à base de CLP après un stockage à différentes températures : -20 °C et température ambiante pour les hydrogels liquides injectables, et 4 °C pour les hydrogels solides, sur des périodes de 3 et 6 mois. La stabilité a été évaluée à l'aide de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC), de la spectrophotométrie, de la rhéologie et de méthodes gravimétriques. Nous avons constaté que les agents réticulants utilisés étaient déterminants pour la stabilité des hydrogels. Les carbodiimides (EDC) et les triazines (DMTMM) ont été examinés. L'EDC n'a pas permis le stockage en solution. Le DMTMM a pu être conservé sous forme liquide congelée à -20 °C pendant 3 mois, permettant la fabrication d'hydrogels, mais a perdu sa stabilité après 6 mois. Par conséquent, les hydrogels liquides dépendant des agents réticulants ne sont restés stables que pendant 3 mois. En revanche, les hydrogels solides pré-réticulés ont conservé leurs propriétés tout au long de la période de 6 mois. Ces résultats mettent en évidence le problème de l'utilisation des agents réticulants dans la fabrication des hydrogels liquides, justifiant le développement de biomatériaux ne nécessitant pas leur utilisation. It has been estimated that 23 million people suffer from cornea blindness. In some cases, infection and ulceration can result in perforations that are currently treated by cyanoacrylate gluing and often followed by corneal transplantation, but this treatment approach is not ideal. Corneal transplantation suffers from severely limited availability of donors, restricting this treatment to one in 70 patients. To address this issue, our laboratory has developed collagen-like peptide (CLP) based hydrogels as an alternative to both gluing and transplantation, to fill and seal perforations and regenerate corneal tissue. For practical application, it is essential for hydrogels to maintain their favorable properties from production to use. The aim of this study was to investigate the stability of these CLP hydrogels after storage at different temperatures: -20°C and room temperature for injectable liquid hydrogels, and 4°C for solid hydrogels, over periods of 3 and 6 months. Stability was assessed using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), spectrophotometry, rheology, and gravimetric methods. We found that the crosslinkers used were central to hydrogel stability. Carbodiimides (EDC) and triazines (DMTMM) were examined. EDC did not allow storage at all as a solution. DMTMM could be stored frozen as a liquid at -20°C for up to 3 months, allowing for use in fabricating hydrogels, but lost stability after 6 months. Liquid hydrogels that depend on crosslinkers, therefore, only remained stable for 3 months. However, solid hydrogels that were pre-crosslinked maintained their properties throughout the 6-month period. These findings highlight the problem with use of crosslinkers in fabricating liquid hydrogels, meriting the development of biomaterials that do not require the use of crosslinkers.