Ce projet de recherche multidisciplinaire se concentre sur les pathologies impliquant des lésions cérébrales aiguës telles que l'Accident Vasculaire Cérébral (AVC). L'AVC est l'une des principales causes de handicap acquis chez les adultes, entraînant des déficits significatifs qui vont des troubles de la coordination, de la marche et de la préhension à l'hémiplégie, à l'aphasie et à des troubles cognitifs sévères. Ces lésions affectent généralement des zones spécifiques du cerveau associées au contrôle moteur. En dehors de la prise en charge médicale initiale, qui évite la propagation de la lésion ou l’apparition de lésions cérébrales secondaires, la récupération fonctionnelle dépend essentiellement de la plasticité cérébrale, la rééducation motrice et la réadaptation. La plasticité cérébrale permet une réorganisation au sein des territoires épargnés, considérés comme une réserve cérébrale, qui sous-tend la récupération fonctionnelle. Malgré des progrès importants ces approches restent insuffisantes pour restaurer les fonctions perdues de manière satisfaisante. Par ailleurs, les avancées thérapeutiques pharmacologiques restent limitées, ce qui souligne l’intérêt de développer des stratégies innovantes capables de promouvoir la réparation cérébrale.
Face à ce constat, la recherche biomédicale explore des approches innovantes basées sur la médecine régénérative et la bio-ingénierie. Le projet PREDIR s’inscrit dans cette dynamique et vise à développer, caractériser et évaluer des neuro-implants tridimensionnels, ou ‘scaffolds’ conçus pour guider et favoriser la régénération du tissu cérébral lésé. Ces implants imprimés en 3D sont conçus pour remplacer la matrice extracellulaire, détruite après une lésion cérébrale. Ils sont réalisés à partir de biomatériaux dégradables capables de structurer un microenvironnement permissif à la survie cellulaire, à l’organisation tissulaire et à la reconnexion des réseaux neuronaux. L’objectif est de dépasser les limites imposées par la cicatrice lésionnelle et de créer un pont structurel entre les zones saines du cerveau et la région lésée.
Ce projet repose sur un protocole rigoureux, adapté au modèle de lésion corticale chez le rat, combinant un suivi longitudinal comportemental (tests sensorimoteurs) et par IRM permettant d’évaluer la dynamique de réparation cérébrale en conditions non invasives. Une analyse histologique poussée par immunohistochimie et immunofluorescence clôture ce protocole. Il s’appuie sur des travaux préliminaires de l’équipe ayant démontré la faisabilité de l’approche (Vaysse et al., 2015; Davoust et al., 2017) et s’enrichit de résultats récents ayant mis en évidence des marqueurs IRM précoces de régénération (Colitti et al., 2022).
Le travail s’est structuré en trois phases expérimentales in vivo. Deux expériences pilotes ont évalué la tolérance, l’intégration et les effets potentiels sur la récupération fonctionnelle d’un panel de sept biomatériaux candidats : PEGDA 200&500, PCL, GelMA, PEGDA-GelMA, PTMC-tMA et P(PF-MCL-PF) (Clauzel, Colitti, Combeau et al. 2024; Combeau et al. 2025). Le polymère PEGDA-GelMA a émergé comme le matériau le plus prometteur, offrant une bonne biocompatibilité et un potentiel régénératif marqué. Une troisième expérience, plus ambitieuse, a approfondi l’analyse de ce biomatériau. Les résultats suggèrent que le PEGDA-GelMA, en tant que scaffold cérébral, représente une approche thérapeutique encourageante. Son rôle bénéfique pourrait être optimisé par l’ajout de facteurs trophiques ou de cellules souches cliniquement validées. Ces données alimentent les connaissances émergentes au croisement du vivant et des matériaux dans le développement neuro-implants réparateurs, en vue du traitement de lésions cérébrales acquises.
Ce travail s’inscrit dans une démarche translationnelle, mêlant neurobiologie, ingénierie tissulaire et neurosciences, avec pour ambition de contribuer, à son échelle, à une facette de la médecine régénérative du cerveau.
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This multidisciplinary research project focuses on pathologies involving acute brain injuries such as Stroke. Stroke is one of the main causes of acquired disability in adults, leading to significant deficits ranging from coordination, walking, and grasping disorders to hemiplegia, aphasia, and severe cognitive impairments. These injuries generally affect specific areas of the brain associated with motor control. Apart from initial medical care, which prevents the spread of the lesion or the appearance of secondary brain damage, functional recovery essentially depends on brain plasticity, motor rehabilitation, and readaptation. Brain plasticity allows reorganization within spared areas, considered a brain reserve, which underlies functional recovery. Despite significant progress, these approaches remain insufficient to satisfactorily restore lost functions. Furthermore, pharmacological therapeutic advances remain limited, which highlights the interest in developing innovative strategies capable of promoting brain repair.
Faced with this observation, biomedical research is exploring innovative approaches based on regenerative medicine and bioengineering. The PREDIR doctoral project fits into this dynamic and aims to develop, characterize, and evaluate three-dimensional neuro-implants, or “scaffolds,” designed to guide and promote the regeneration of damaged brain tissue. These 3D-printed implants are designed to replace the extracellular matrix destroyed after brain injury. They are made from biodegradable biomaterials capable of structuring a microenvironment that is permissive to cell survival, tissue organization, and reconnection of neural networks. The goal is to overcome the limits imposed by the lesion scar and to create a structural bridge between healthy brain areas and the injured region.
This project is based on a rigorous protocol, adapted to the cortical lesion model in rats, combining longitudinal behavioral monitoring (sensorimotor tests) and MRI to evaluate the dynamics of brain repair under non-invasive conditions. A detailed histological analysis using immunohistochemistry and immunofluorescence concludes this protocol. It builds on preliminary work by the team that demonstrated the feasibility of the approach (Vaysse et al., 2015; Davoust et al., 2017) and is enriched by recent results that highlighted early MRI markers of regeneration (Colitti et al., 2022).
The work was structured into three in vivo experimental phases. Two pilot studies evaluated the tolerance, integration, and potential effects on functional recovery of a panel of seven candidate biomaterials: PEGDA 200&500, PCL, GelMA, PEGDA-GelMA, PTMC-tMA, and P(PF-MCL-PF) (Clauzel, Colitti, Combeau et al. 2024; Combeau et al. 2025). The PEGDA-GelMA polymer emerged as the most promising material, offering good biocompatibility and strong regenerative potential. A third, more ambitious experiment further analyzed this biomaterial. The results suggest that PEGDA-GelMA, as a brain scaffold, represents a promising therapeutic approach. Its beneficial role could be optimized by the addition of trophic factors or clinically validated stem cells. These data support emerging knowledge at the intersection of biology and materials in the development of reparative neuro-implants for the treatment of acquired brain injuries.
This work is part of a translational approach, combining neurobiology, tissue engineering, and neuroscience, with the ambition of contributing, at its own scale, to one facet of regenerative medicine for the brain.
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