Les chimistes de l'Université Rice ont utilisé la capacité adhésive d'un composé trouvé dans les moules et la force de cisaillement pour aider à une échelle nanométrique, peptide multidomaine, vu en haut, s'auto-assemble en un faisceau de fibres qui peut être ramassé avec une pince à épiler. Les chercheurs ont déclaré que la fibre peut aider à la manipulation des cultures cellulaires, entre autres applications. Crédit :Hartgerink Research Group/Rice University
Les chimistes de l'Université Rice peuvent remercier la moule d'avoir mis le muscle dans leurs nouvelles fibres d'échafaudage à grande échelle.
Le laboratoire Rice du chimiste Jeffrey Hartgerink avait déjà compris comment fabriquer des nanofibres biocompatibles à partir de peptides synthétiques. Dans un nouveau travail, le laboratoire utilise un acide aminé trouvé dans les pieds collants des moules pour aligner ces fibres en de solides chaînes d'hydrogel.
I-Che Li, étudiant diplômé de Hartgerink et Rice, a présenté leur méthode à température ambiante ce mois-ci dans un article en libre accès dans le Journal de l'American Chemical Society .
Les ficelles d'hydrogel peuvent être ramassées et déplacées avec des pincettes, et Li a déclaré qu'il s'attend à ce qu'ils aident les laboratoires à mieux contrôler la croissance des cultures cellulaires.
« Habituellement, lorsque les cellules se développent sur une surface, ils se répandent au hasard, " a-t-il dit. " Il y a beaucoup de biomatériaux que nous voulons développer dans une direction spécifique. Avec l'échafaudage d'hydrogel aligné, nous pouvons nous attendre à ce que les cellules se développent comme nous le souhaitons. Un exemple serait les cellules neuronales, que nous voulons faire pousser de la tête à la queue pour favoriser la régénération nerveuse.
"Essentiellement, cela pourrait nous permettre de diriger la croissance cellulaire d'ici à là, " dit-il. " C'est pourquoi ce matériau est si excitant. "
Les nanofibres peptidiques créées à l'Université Rice s'alignent et forment des faisceaux dans un nouveau processus qui utilise un acide aminé présent dans les pieds des moules pour aider les brins à se coller et à conserver leur forme lorsqu'ils sont exposés à l'air. Crédit :Hartgerink Research Group/Rice University
Dans des recherches antérieures, le laboratoire de Hartgerink avait développé des hydrogels synthétiques qui pouvaient être injectés dans le corps pour servir d'échafaudages pour la croissance des tissus. Les hydrogels contenaient des peptides hydrophobes qui s'auto-assemblaient en fibres d'environ 6 nanomètres de large et jusqu'à plusieurs microns de long. Cependant, parce que les fibres n'interagissaient pas entre elles, ils apparaissaient généralement sur les images au microscope sous la forme d'une masse enchevêtrée.
Des expériences ont montré que les fibres pouvaient être alignées avec l'application de forces de cisaillement, de la même manière que les cartes à jouer sont alignées lors du brassage en appuyant à la fois sur le haut et le bas du jeu.
Hartgerink et Li ont décidé d'essayer de pousser les fibres à travers une aiguille pour les forcer à s'aligner, un processus qui serait plus facile si le matériau était soluble dans l'eau. Ils ont donc ajouté une chaîne d'acides aminés connue sous le nom de DOPA sur les côtés des fibres pour leur permettre de rester solubles dans l'eau dans la seringue, dit Li.
DOPA—abréviation de 3, La 4-dihydroxyphénylalanine est le composé qui permet aux moules de s'accrocher à à peu près n'importe quoi. Hartgerink et Li ont découvert que la combinaison de la DOPA et de la contrainte de cisaillement résultant du passage à travers l'aiguille incitait les fibres à se former visiblement, faisceaux en forme de corde.
Ils ont également découvert que la DOPA favorisait les réactions de réticulation chimique qui aidaient les faisceaux à conserver leur forme. "La DOPA est vraiment sensible aux agents oxydants, " a dit Li. " Même l'exposition de la DOPA à l'air l'oxyde, et cela aide à réticuler les fibres."
Les fibres peptidiques multidomaines à l'échelle nanométrique qui sont invitées à s'auto-assembler en fibres à l'échelle macroscopique sont suffisamment résistantes pour être manipulées avec des pincettes. Les chimistes de l'Université Rice qui ont créé les fibres ont déclaré qu'elles amélioreraient la manipulation des cultures cellulaires. Crédit :Hartgerink Research Group/Rice University
En prime, les fibres alignées se sont également avérées avoir une propriété optique curieuse et utile appelée "biréfringence uniforme, " ou double réfraction. Li a déclaré que cela pourrait permettre aux chercheurs d'utiliser la lumière polarisée pour voir exactement où se trouvent les fibres alignées, même s'ils sont recouverts de cellules.
"Ce sera une technique importante pour nous pour nous assurer de l'ordre à longue distance de l'alignement des fibres lorsque nous testons la croissance cellulaire dirigée, " il a dit.
Les chercheurs s'attendent à ce que les fibres alignées puissent être utilisées pour des applications médicales à grande échelle, mais avec un contrôle à l'échelle nanométrique sur les structures.
"L'auto-assemblage est essentiellement la capacité d'une molécule à créer une structure ordonnée à partir du chaos, et ce que I-Che a fait, c'est pousser cette organisation à un nouveau niveau avec ses cordes alignées, " dit Hartgerink, professeur de chimie et de bio-ingénierie. "Avec ce matériel, nous sommes ravis de voir si nous pouvons imposer cette organisation à la croissance des cellules qui interagissent avec elle."
