En utilisant un nouveau type de "rayon rétractable", Les scientifiques de l'UT Austin peuvent modifier la surface d'un tampon d'hydrogel en temps réel, créer des rainures (bleues) et d'autres motifs sans perturber les cellules vivantes, comme cette cellule fibroblastique (rouge) qui modélise le comportement des cellules de la peau humaine. L'apparition rapide de telles caractéristiques de surface pendant la croissance cellulaire peut imiter les conditions dynamiques rencontrées pendant le développement et la réparation des tissus (par exemple, dans la cicatrisation des plaies et la repousse nerveuse). Crédit :Jason Shear/Université du Texas à Austin.
De "Voyage fantastique" à "Moi, moche et méchant, " Les rayons de rétrécissement ont été un aliment de base de la science-fiction à l'écran. Maintenant, les chimistes de l'Université du Texas à Austin ont développé un véritable rayon de rétrécissement qui peut changer la taille et la forme d'un bloc de matériau semblable à un gel pendant que les cellules humaines ou bactériennes se développent sur Ce nouvel outil est prometteur pour les chercheurs biomédicaux, y compris ceux qui cherchent à faire la lumière sur la façon de cultiver des tissus et des organes de remplacement pour les implants.
"Comprendre, et dans le futur ingénieur, la façon dont les cellules réagissent aux propriétés physiques de leur environnement, vous voulez avoir des matériaux refaçonnables dynamiquement, " a déclaré Jason B. Shear, professeur de chimie et co-inventeur du nouvel outil.
L'ouvrage a été publié en ligne aujourd'hui dans le Journal de l'American Chemical Society .
Le véritable pouvoir de rétrécir le matériau utilisé pour faire croître les cellules, appelé substrat, n'est pas tant de le rendre plus petit que de modifier de manière sélective la forme et la texture de la surface. En contrôlant précisément quelles parties de l'intérieur du matériau rétrécissent, les chercheurs peuvent créer des caractéristiques 3D spécifiques sur la surface, y compris des bosses, rainures et anneaux. C'est comme pincer un tapis par le bas pour former des pics et des vallées à la surface.
Les chercheurs peuvent également modifier l'emplacement et la forme des éléments de surface au fil du temps, par exemple transformer une montagne en taupinière ou même en gouffre, imitant la nature dynamique de l'environnement dans lequel les cellules vivent généralement, grandir et bouger.
L'exposition ciblée au nouveau "rayon rétractable" réduit sélectivement les coussinets protéiques de type gel dans les coins et la position médiane d'un arrangement de tic-tac-toe. Chaque coussin a environ la taille d'une cellule humaine. Crédit :Jason Shear/Université du Texas à Austin.
Le rayon de rétraction est un laser proche infrarouge qui peut être focalisé sur de minuscules points à l'intérieur du substrat. Le substrat ressemble et se comporte un peu comme un bloc de Jell-O. Au niveau microscopique, il est fait de protéines mélangées et entrelacées comme un tas de fil. Lorsque le laser frappe un point dans le substrat, de nouvelles liaisons chimiques se forment entre les protéines, les attirer plus étroitement, un changement qui modifie également la forme de la surface lorsqu'elle est tirée par le bas. Les chercheurs scannent le laser à travers une série de points dans le substrat pour créer n'importe quel contour de surface souhaité à n'importe quel endroit par rapport aux cellules ciblées.
Contrairement à d'autres méthodes pour modifier le substrat sous les cellules vivantes, le rayon rétractable UT Austin ne chauffe pas et n'altère pas chimiquement la surface, endommager les cellules vivantes ou faire décoller les cellules de la surface. Et il permet la formation de n'importe quel motif 3D à la demande tout en observant les cellules en croissance au microscope.
Les plans immédiats des chercheurs de l'UT Austin sont d'utiliser l'outil pour étudier les questions scientifiques fondamentales entourant la croissance et la migration cellulaires, efforts qui pourraient permettre diverses applications médicales futures. Par exemple, l'approche peut conduire à des matériaux et des procédures qui favorisent la cicatrisation des plaies ou la repousse des nerfs, ou aider à la croissance et à l'implantation réussie de tissus de remplacement, comme les valves cutanées ou cardiaques.
"Pour faire pousser des tissus dans une boîte qui sera efficace une fois implantée, nous devons d'abord comprendre, puis mieux imiter l'environnement dans lequel ils se développent généralement dans notre propre corps, " dit Shear.
Une autre application potentielle serait la recherche fondamentale sur la façon dont la topographie d'une surface affecte la formation de colonies bactériennes dangereuses appelées biofilms. Biofilms microbiens—denses, des tapis collants de bactéries qui se forment sur l'équipement médical et peuvent entraîner des infections difficiles à traiter - contribuent aux infections nosocomiales pour jusqu'à 1 million de personnes aux États-Unis chaque année. Si les scientifiques peuvent mieux comprendre quelles caractéristiques topographiques empêchent la formation de biofilms, et comment les caractéristiques qui changent au fil du temps peuvent influencer le processus, ils pourraient être en mesure de développer des revêtements pour les dispositifs biomédicaux qui bloquent leur formation et préviennent les infections difficiles à traiter.
