Lorsqu'ils examinent les matériaux d'échafaudage, les chercheurs tiennent compte des propriétés de l'échafaudage, telles que sa rugosité de surface, sa teneur en eau (état d'hydratation) et sa flexibilité ou sa rigidité (module d'élasticité), puisque ces propriétés sont connues pour affecter la croissance cellulaire.

Les hydrogels sont des polymères réticulés biocompatibles à haute teneur en eau et constituent un matériau d’échafaudage prometteur pour les tissus mous. Ils peuvent être conçus avec différentes élasticités, qui peuvent correspondre aux propriétés mécaniques de divers tissus naturels. Cependant, leur module élastique est lié à leur composition, ce qui entraîne une différence de caractéristiques entre les hydrogels plus mous et plus durs.

Pour étudier l'effet spécifique de l'élasticité de l'hydrogel sur la croissance cellulaire, une équipe de recherche dirigée par le professeur adjoint Shin-nosuke Nishimura et le professeur Tomoyuki Koga de l'Université Doshisha, au Japon, a développé un hydrogel avec des modules élastiques réglables utilisant les mêmes polymères. Les résultats de leur étude ont été publiés dans la revue Advanced Material Technologies. .

"Le module élastique des hydrogels est l'un des facteurs les plus cruciaux pour contrôler le devenir des cellules", explique le Dr Nishimura. Cependant, des hydrogels ayant des élasticités différentes sont généralement préparés en changeant le monomère de base et l’agent de réticulation. Cela affecte non seulement l'élasticité mais également diverses caractéristiques, telles que l'hydrophilie et l'hydrophobie.

Pour éviter ce problème, les chercheurs ont conçu l’hydrogel sans aucune réticulation. Ils ont utilisé le poly(N-acryloylglycinamide) (PNAGAm) comme polymère de base, un polymère vinylique avec des chaînes latérales qui forment de fortes liaisons hydrogène. Ces liaisons se rompent à haute température et se rattachent à des températures plus basses, donnant à ces polymères la capacité unique de mémoriser et de retrouver leur forme en réponse aux changements de température.

Pour améliorer les propriétés d’adhésion cellulaire de l’hydrogel, les chercheurs ont combiné le polymère PNAGAm avec le peptide arginine (R) – glycine (G) – acide aspartique (D) – sérine (S) par copolymérisation radicalaire. Ces peptides représentent les sites de liaison cellulaire présents dans le corps et rendent l'hydrogel adapté à la croissance cellulaire.

Contrairement aux hydrogels conventionnels, le module élastique de l'hydrogel proposé peut être ajusté en le comprimant en différentes épaisseurs à haute température.

Lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées, les liaisons hydrogène au sein du polymère se brisent et la compression de l'hydrogel dans de telles conditions rapproche le réseau polymère et les réticulations à base d'hydrogène. Ce changement dans la structure moléculaire entraîne une modification du module élastique de l'hydrogel.

Lors du refroidissement, grâce au rattachement des liaisons hydrogène, l'hydrogel conserve à la fois sa forme et son module élastique.

En utilisant cette méthode, les chercheurs ont réussi à modifier le module élastique d’une barre d’hydrogel rectangulaire. Ils ont comprimé différentes sections de l'hydrogel à des épaisseurs de 1 mm, 0,64 mm et 0,50 mm à 65°C pendant une heure. En le refroidissant à une température de culture cellulaire de 37°C, les régions non pressées, modérément pressées et fermement pressées présentaient des modules d'élasticité de 9 460 Pa, 5 940 Pa et 3 460 Pa, respectivement.

En ensemençant l’hydrogel avec des cellules de fibroblastes d’embryon de souris (NIH/3T3), les chercheurs ont observé une corrélation directe entre le module élastique de l’hydrogel et le nombre de cellules adhérées. Dans la région non pressée, le nombre de cellules adhérées était de 1,3 × 10 ⁴ cellules cm ⁻² , alors que dans la région fortement pressée, il est passé à 1,9 × 10 ⁴ cellules cm ⁻² .

"Dans cette étude, nous avons réussi à contrôler le comportement d'adhésion cellulaire pour la première fois au monde en utilisant les propriétés de mémoire de forme des hydrogels", explique le professeur Koga.

En conclusion, en modifiant le module élastique tout en gardant les autres propriétés cohérentes, les chercheurs ont créé une plateforme qui peut être utilisée pour étudier l'influence du module élastique sur la croissance cellulaire. Cela peut conduire à des matériaux d'échafaudage améliorés pour la régénération des tissus.