Minute Recherche - Comment les protéines interagissent avec les plastiques médicaux: améliorer la sécurité des dispositifs

Quand vous pensez aux dispositifs médicaux tels que les tubes IV, les cathéters ou les poches de sang, un facteur crucial qui détermine leur succès est leur interaction avec notre sang. Plus précisément, la manière dont les protéines de notre sang adhèrent à la surface de ces dispositifs — un processus appelé adsorption des protéines ou bio-encrassement — peut décider si le dispositif fonctionne en toute sécurité ou provoque des complications.

Malheureusement, la plupart des méthodes disponibles pour contrôler le bio-encrassement sont soit nuisibles, soit peu efficaces. La conception et le développement de dispositifs médicaux dotés de meilleures propriétés anti-encrassement seront possibles grâce à une connaissance fondamentale des aspects physico-chimiques de l’interaction entre les bio-encrasseurs (notamment les protéines plasmatiques) et les matériaux, explique Mehdi Sahihi, professeur junior à l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF).

Pourquoi l’adsorption des protéines est-elle importante?

Lorsque les protéines du sang adhèrent à la surface d’un dispositif médical, elles forment une couche qui peut déclencher une cascade d’événements, notamment l’activation du système immunitaire ou la formation de caillots sanguins. Ces réactions peuvent entraîner de graves problèmes de santé. En comprenant comment les protéines interagissent avec des matériaux comme le PVC (l’un des polymères les plus utilisés dans les dispositifs médicaux), les scientifiques peuvent concevoir des surfaces plus « compatibles avec le sang », réduisant ainsi les effets indésirables comme le bio-encrassement (accumulation de protéines et de bactéries).

Comment les scientifiques ont-ils étudié cette interaction?

Pour obtenir une vision claire, Sahihi et ses collègues ont utilisé des techniques avancées de chimie computationnelle^[1]. Ces outils leur ont permis de prédire comment les protéines plasmatiques s’attachent au PVC au niveau moléculaire, d’observer le comportement des protéines au fil du temps lorsqu’elles sont proches d’une surface en PVC, et de calculer les forces qui entraînent leur adsorption. Ces analyses ont révélé si le processus est spontané et quels facteurs le dominent.

Pourquoi les méthodes computationnelles sont-elles cruciales?

Les techniques computationnelles offrent des avantages uniques dans la recherche scientifique. Elles permettent aux chercheurs d’explorer les interactions moléculaires de manière contrôlée, détaillée et économique. Contrairement aux expériences traditionnelles, qui peuvent être longues et limitées par des contraintes pratiques, les simulations reproduisent des conditions complexes du monde réel et fournissent des informations au niveau atomique. Ces méthodes complètent les expériences en aidant les chercheurs à prédire les résultats, à optimiser les designs expérimentaux et à interpréter les données plus efficacement. Grâce à ces outils, les scientifiques peuvent accélérer les découvertes et concentrer leurs efforts expérimentaux sur les directions les plus prometteuses, telles que la conception de matériaux de nouvelle génération pour les dispositifs médicaux.

Principaux résultats de l’étude

En utilisant des méthodes computationnelles, les chercheurs ont prédit que l’albumine sérique humaine (HSA) présente la plus forte liaison parmi les protéines étudiées. Son adsorption est stabilisée par des interactions intra-moléculaires (c'est-à-dire des interactions au sein même de la molécule elle-même). De plus, la HSA ne subit pas de changements structurels significatifs lors de son interaction avec le PVC. C’est une bonne nouvelle, car cela signifie que la protéine conserve ses propriétés fonctionnelles. Par ailleurs, l’adsorption de la HSA sur le PVC est un processus spontané et énergétiquement favorable, principalement piloté par l’enthalpie (énergie libérée lors de la formation de liaisons).

Implications pour la conception des dispositifs médicaux

En rassemblant des concepts et des outils issus de la chimie, de la biologie moléculaire, de la physique et des sciences des matériaux, ce projet a permis de révéler de nouvelles perspectives sur un aspect essentiel du bio-encrassement des dispositifs médicaux. « Décoder les relations structure-activité des matériaux et des revêtements non seulement ouvre la voie à de nouvelles solutions révolutionnaires, mais surtout garantit que nous pouvons réduire les taux de mortalité liés aux maladies infectieuses », conclut Sahihi.
Ces perspectives ne sont pas que théoriques ; elles ouvrent la voie à la création de dispositifs médicaux plus performants. En modifiant les surfaces en PVC ou en ajoutant des revêtements, les ingénieurs peuvent réduire l’adsorption des protéines, diminuant ainsi les risques de complications telles que la coagulation sanguine ou les réactions immunitaires. Cela pourrait aboutir à des dispositifs plus sûrs et plus efficaces pour les patients du monde entier.

L’équipe de recherche continue d’explorer: l’interaction d’autres protéines sanguines avec différents types de dispositifs médicaux, l’effet combiné de plusieurs protéines adsorbées sur une seule surface, et la création de matériaux anti-encrassement pour la prochaine génération de dispositifs médicaux.

^[1] Domaine de la chimie qui développe des outils et méthodes informatiques pour appréhender, de manière théorique, les objets chimiques : molécules, macromolécules, solides, etc.