Conception d’un capteur impédancemétrique à base de peptides pour surveiller l’activité enzymatique de la protéase liée à l’inflammation des plaies : vers un pansement intelligent et connecté

Design of a peptide-based electrical sensor to monitor protease activity in wound inflammation : a smart wound dressing

• Auteur / Autrice : Amandine Sandoval
• Direction : Gilles Subra, Brice Sorli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie biomoléculaire
• Date : Soutenance le 12/07/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier) - Institut des Biomolécules Max Mousseron (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Katia Grenier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Subra, Brice Sorli, Katia Grenier, Nicolas Inguimbert, Chloé Thieuleux, Ahmad Mehdi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Inguimbert, Chloé Thieuleux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sol-gel, Procédé

Peptides

Mots clés libres

Pansement intelligent

Peptides hybrides

Activité enzymatique

Sol-Gel

Plaies chroniques

Chronic wounds

Enzymatic activity

Sol-Gel

Hybrid peptides

Smart wound dressing

Résumé

Nous avons développé un nouveau type de dispositif basé sur une activité enzymatique liée l’inflammation ou à l’infection ou des plaies. Ce dispositif sans fil, intégré au pansement sera capable de transmettre un signal électrique permettant de suivre l’évolution de la plaie. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons conçu la partie communicante : le capteur. Nous avons sélectionné comme biomarqueurs, des protéases surexprimées dans les plaies chroniques : la MMP-13, une métalloprotéase matricielle qui témoigne d’une inflammation, et, l’élastase des neutrophiles humains (HNE) qui témoigne d’une infection. La stratégie employée a été de modifier la surface du capteur avec un matériau hybride contenant des séquences de peptides reconnues et spécifiques de ces protéases. Ces matériaux innovants sont préparés par le procédé sol-gel à partir de peptides hybrides. Ils possèdent un ou plusieurs groupes alkoxysilanes capables de former un réseau tridimensionnel par polymérisation à la surface du capteur. Afin d’améliorer la sensibilité du capteur, nous avons rajouté un groupement métallocène aux peptides qui seront dégradés, permettant de modifier significativement le signal électrique. Les propriétés physicochimiques du matériau hybride ont été étudiées et ont permis de valider le greffage covalent du matériau hybride sur le capteur ainsi que la dégradation spécifique de ce matériau par une activité enzymatique. Ces mêmes études ont été réalisées par mesure d’impédance et ont permis de concevoir un modèle de capteur greffé avec un matériau hybride. Ces travaux ouvrent la voie à l’intégration de ce type de capteur, par exemple, au sein de dispositifs RFID qui pourraient permettre de concevoir des pansements intelligents.

We developed a new type of sensor based on enzymatic activity related to inflammation or infection in wounds. This wireless device, integrated into the dressing, will be able to transmit an electrical signal to monitor wound evolution. In this thesis, we focused on designing the sensor part of the device. As biomarkers, we identified proteases that are over-expressed in chronic wounds: MMP-13, a matrix metalloproteinase which indicates inflammation, and human neutrophil elastase (HNE) which indicates infection. The approach used has been to modify the sensor surface with a hybrid material incorporating recognized peptide sequences specific to these proteases. These innovative materials are prepared by sol-gel process using hybrid peptides with one or several alkoxysilane groups able to form a three-dimensional network by polymerization on the sensor surface. We hypothesized that the degradation of this material would lead to a significant change in the electrical properties of the sensor to be detected, indicating active enzymes. To improve sensitivity, we added a metallocene moiety to the peptides that would be degraded, allowing a significant change in the electrical signal. Physicochemical properties of this material were studied and allowed to validate covalent grafting of hybrid material on the sensor and specific degradation of this material by enzymatic activity. These studies were performed by impedance measurement and enabled to design a sensor model grafted by a hybrid material. This work offers opportunities for integrating this sensor, for example, into RFID devices which might enable smart wound dressings to be developed.