Cold-atmospheric plasma improves burn injury repair via modulation of angiogenesis, extracellular matrix formation and antibacterial effect
Les plasmas froids améliorent la cicatrisation de brûlures cutanées en stimulant l’angiogenèse, la formation de la matrice extracellulaire et en désactivant les bactéries
Résumé
Thermal injuries affect millions of adults and children worldwide. In the last 30 years little progress has been made in the management of major burns and despite improved rates of survival, patients continue to suffer debilitating consequences such as infections, hypertrophic scars, contractures, post-traumatic stress disorder and immunometabolic dysfunctions.Cold-atmospheric plasmas (CAP) are partially ionized gases which showed ability to promote wound closure and possess bactericidal properties. They safely deliver to the wounds a therapeutic mixture of reactive oxygen and nitrogen species at body temperature.This PhD study aimed to assess the therapeutic potential of CAP to improve healing of burn wounds under aseptic and septic conditions.First, we designed a plasma source that could be used for in vitro and in vivo studies. Although the first in vitro experiments showed that CAP treatment can improve cellular migration, we couldn’t see any beneficial of CAP on the healing of full-thickness excisional wounds in mice. Second, using a model of third degree burn reconstructed with an allogeneic graft, we assessed both effectiveness and mechanism of action of CAP compared to a placebo control (helium). Indeed, it was shown that through the promotion of pro-angiogenic activities as well as stimulation of the extracellular matrix formation, CAP improved engraftment and healing of the burn wounds. These effects are at least partly mediated by the TGF-β signaling pathway and eNOS modulation. Third, the bactericidal activity of CAP was evaluated in vitro using S. aureus strains and macrophages and in vivo using an infected burn wound model. We showed that CAP had the ability to significantly inactivate S. aureus compared to the helium control. Capacities of CAP treatment to activate macrophages were also evident.This proof-of-concept study demonstrated the therapeutic potential of CAP on tissue repair and burn wound healing. Given that mouse skin does not perfectly mimic wound healing patterns observed in human skin, further investigations are warranted using large animal models with greater similarity to human skin.
Les brûlures thermiques affectent plusieurs millions de personnes chaque année dans le monde. Même si le taux de mortalité à diminué, la prise en charge clinique des brûlures sévères a peu évolué depuis plus de 30 ans. De plus, le traitement des grands brûlés demeure une source de séquelles physiques, pathophysiologiques et psychologiques non négligeables.Les plasmas froids (CAP) sont des gaz partiellement ionisés qui ont démontré des propriétés bioactives grâce aux espèces réactives qu’ils produisent. En effet, ils permettent d’améliorer la cicatrisation de plaie cutanée et ont des propriétés bactéricides et fongicides.Dans le cadre de cette thèse, nous avons évalué l’effet thérapeutique des CAP pour le traitement de brûlures cutanées.Nous avons démontré pour la première fois que le CAP favorise la cicatrisation et la prise de greffe dans un modèle murin de brûlure cutanée. In vivo, CAP stimule la cicatrisation en promouvant l’angiogenèse et la sécrétion de la matrice extracellulaire du derme et de la jonction derme-épiderme. Des études approfondies in vitro ont premièrement montré que CAP stimule la migration de cellules cutanée. Il a aussi été démontré que les effets pro-angiogéniques du plasma sont liés à des mécanismes impliquant l’oxyde nitrique. De même, la formation du collagène par les fibroblastes est activée par le plasma via la voie du TGF-β1. Nous nous sommes dans un deuxième temps intéressés aux effets bactéricides du CAP. En effet, les infections sont la première source de morbidité et de mortalité des brûlures. Nous avons pu démontrer que les CAP inactivent des Staphylocoques dorées en suspension in vitro mais aussi in vivo dans le cas de plaies infectées. Dans le cadre de cette étude, nous avons pu également montré que les CAP peuvent activer l’activité phagocytaire de macrophages murins.Ces résultats semblent donc appuyer l’intérêt des traitements plasmas froids pour le traitement de plaie cutanée infectée. Des études pré-cliniques sont encore néanmoins requises pour vérifier la plus value d’une telle thérapie dans le contexte de la brûlure.