Bien que la texture du matériau polymère soit visible à l'œil nu, des images microscopiques révèlent la complexité des poches et des brins de la structure. Crédit :Smitha Rao/Michigan Tech
L'électrofilage utilise des champs électriques pour manipuler des fibres à l'échelle nanométrique et micrométrique. La technique est bien développée mais longue et coûteuse. Une équipe de la Michigan Technological University a proposé une nouvelle façon de créer des nanofibres personnalisables pour la culture de cellules en croissance qui réduit le temps consacré à l'élimination des solvants et produits chimiques toxiques. Leurs travaux sont publiés dans matérialisme .
Smitha Rao, professeur adjoint de génie biomédical à Michigan Tech, dirigé la recherche. Elle a dit que l'approche est innovante, « nous arrivons à cela complètement de côté, " et l'équipe s'est concentrée sur la rationalisation de la production de nanofibres électrofilées. Les nanofibres sont utilisées comme échafaudages, composé de brins et de poches, qui peut faire croître des cellules.
"Nous voulons un assemblé, échafaudage hautement aligné qui a des structures et des motifs idéaux que les cellules aimeront, " dit Rao. " Prends une cellule, le mettre sur des matériaux poreux versus des matériaux élastiques versus des matériaux durs, et il s'avère que la cellule fait des choses différentes. Habituellement, vous utilisez des matériaux variés pour obtenir ces diverses caractéristiques. Les cellules réagissent différemment lorsque vous les placez sur différentes surfaces, alors pouvons-nous fabriquer des échafaudages qui offrent ces différentes conditions tout en gardant les mêmes matériaux ? »
En un mot, Oui. Et créer des échafaudages personnalisables est étonnamment simple, en particulier par rapport aux processus laborieux de coulée et d'additifs généralement utilisés pour produire des échafaudages adaptés à l'électrofilage. Plus, L'équipe de Rao a découvert un effet secondaire agréable.
Les cellules se développent différemment sur différents types de surfaces. Le laboratoire de Smitha Rao voulait voir si un seul type d'échafaudage pouvait générer cette diversité. Crédit :Smitha Rao/Michigan Tech
"On prend les polymères, puis nous les mettons en solutions, et nous avons trouvé cette formule magique qui fonctionne - et puis nous avons dû l'électrospin, " Rao a expliqué, ajoutant que l'équipe a remarqué quelque chose d'étrange pendant le processus.
"Nous avons vu que les cellules s'alignaient sans que nous appliquions quoi que ce soit à l'extérieur. En règle générale, pour les faire aligner il faut les mettre dans un champ électrique, soit les mettre dans une enceinte et agiter l'échafaudage pour les forcer à s'aligner dans une direction particulière en appliquant des contraintes extérieures, " dit-elle. " Nous prenons essentiellement des morceaux de cet échafaudage, en le jetant dans une plaque de culture et en y laissant tomber des cellules."
Lorsqu'elles sont tournées dans un champ électrique, imaginez une machine à barbe à papa, les cellules à alignement automatique suivent le motif de brins et de poches des nanofibres sous-jacentes. L'équipe de Rao, y compris l'auteur principal et le doctorat. l'étudiant Samerender Nagam Hanumantharao et l'étudiante à la maîtrise Carolynn Que, ont constaté que différentes intensités de champ électrique entraînent des tailles de poches différentes. A 18 kilovolts, la magie opère et les fibres s'alignent ainsi. A 19 kilovolts, des petites poches se forment, idéal pour les myoblastes cardiaques. A 20 kilovolts, des alvéoles de poches se dilatent dans les fibres. Les cellules osseuses préfèrent les poches formées à 21 kilovolts; les cellules dermiques ne sont pas difficiles, mais surtout comme les pièces spacieuses qui poussent à 22 kilovolts.
L'équipe de Rao a testé une variété de mélanges de polymères et a constaté que certains des matériaux les plus courants restent éprouvés. Leur mélange magique de deux polymères leur permet de manipuler la taille de la poche en nanofibres; un mélange de trois polymères a permis de peaufiner les propriétés mécaniques. Les polymères comprennent la polycaprolactone (PCL), biodégradable et facile à façonner, et la polyaniline conductrice (PANI), qui ensemble ont fait un mélange de deux polymères, qui pourrait être associé au polyfluorure de vinylidène (PVDF).
Lorsqu'elles sont tournées dans un champ électrique - imaginez une machine à barbe à papa - les cellules à alignement automatique suivent le motif de brins et de poches des nanofibres sous-jacentes. L'équipe de Rao, dont l'auteur principal et doctorant Samerender Nagam Hanumantharao et l'étudiante à la maîtrise Carolynn Que, ont constaté que différentes intensités de champ électrique entraînent des tailles de poches différentes. A 18 kilovolts, la magie opère et les fibres s'alignent ainsi. A 19 kilovolts, des petites poches se forment, idéal pour les myoblastes cardiaques. A 20 kilovolts, des alvéoles de poches se dilatent dans les fibres. Les cellules osseuses préfèrent les poches formées à 21 kilovolts; les cellules dermiques ne sont pas difficiles, mais surtout comme les pièces spacieuses qui poussent à 22 kilovolts. Crédit :Peter Zhu/Michigan Tech
"Parce que la polyaniline est conductrice dans la nature, les gens peuvent le jeter dans la matrice de fibres pour obtenir des échafaudages conducteurs pour les cellules telles que les neurones, " dit Rao. " Cependant, personne n'a utilisé ces matériaux pour manipuler les conditions du processus."
Pouvoir utiliser les mêmes matériaux pour créer différentes caractéristiques de nanofibres signifie éliminer les variables chimiques et physiques qui peuvent perturber les résultats expérimentaux. Rao espère qu'à mesure que de plus en plus de chercheurs utiliseront les mélanges et les processus de son équipe, cela accélérera la recherche pour mieux comprendre les mécanismes neuronaux, accélérer la technologie de cicatrisation des plaies, tester des lignées cellulaires et stimuler le prototypage rapide en génie biomédical.
« Nous essayons de simplifier le processus pour répondre à une question très complexe :comment les cellules prolifèrent-elles et se développent-elles ? » dit Rao. "C'est notre bloc de construction de base; c'est le Lego deux par deux. Et vous pouvez construire ce que vous voulez à partir de là."
