(PhysOrg.com) -- Une grande question en médecine régénérative est de savoir comment délivrer le plus efficacement des cellules souches -- ainsi que d'autres cellules bénéfiques, protéines et grosses molécules - aux tissus endommagés tels que la moelle épinière, coeur et cerveau.

Une équipe de la Northwestern University est la première à démontrer une méthode qui délivre des cellules dans le même alignement que les cellules trouvées dans ces tissus, ce qui pourrait relancer une nouvelle croissance et la guérison. Les résultats sont publiés en couverture dans le numéro de juillet de la revue Matériaux naturels .

Dans l'étude, les chercheurs ont produit des "chaînes" de gel d'un centimètre de long de nanofibres alignées contenant des cellules vivantes alignées de manière linéaire. Ces chaînes de cellules, qui sont flexibles, biodégradable et peut être fabriqué en différentes longueurs et largeurs, pourrait être placé chirurgicalement sur des tissus endommagés, où ils adhéreraient naturellement.

"Nous avons découvert comment aligner des filaments nanométriques avec la main humaine sur de longues distances, produire un échafaudage que nous pouvons peupler de cellules, protéines ou autres grosses molécules, " dit Samuel I. Stupp, l'auteur principal de l'article, Conseil d'administration Professeur de chimie, Science et génie des matériaux, et médecine, et directeur de l'Institute for BioNanotechnology in Medicine (IBNAM).

Les cellules, les protéines ou autres molécules se déplacent à travers la ficelle en forme de nouilles, parallèle aux murs de la chaîne et un peu comme des véhicules sur une autoroute, et diffuser les extrémités vers le tissu. "C'est une livraison très directionnelle, ce qui augmente les chances de régénération réussie, " Stupp a déclaré. "Nous faisons correspondre la morphologie des tissus naturels."

La méthode s'est déjà révélée prometteuse pour accélérer la régénération des tissus. Une étude récente, dirigé par Carol Podlasek, professeur adjoint d'urologie à la Feinberg School of Medicine de Northwestern, a montré qu'un nerf critique souvent endommagé lors d'une chirurgie de la prostate pour enlever une glande cancéreuse se régénère plus rapidement lorsqu'une protéine spéciale est délivrée au nerf via le gel de nouilles de Stupp.

Stupp collabore avec d'autres chercheurs sur des études utilisant le gel de nouilles pour l'administration de cellules souches. Un projet avec H. Georg Kuhn du Center for Brain Repair de Göteborg, Suède, se concentrera sur l'utilisation des structures alignées comme autoroutes pour détourner les cellules souches d'une partie du cerveau où elles sont abondantes vers d'autres où elles pourraient être nécessaires pour guérir des maladies, comme la maladie de Parkinson. Stupp et John A. Kessler, le professeur Ken et Ruth Davee de biologie des cellules souches à Feinberg, explorent l'utilisation de formes bioactives du gel de nouilles comme stratégie pour inverser la paralysie dans les lésions chroniques de la moelle épinière.

Pour créer le gel de nouilles, Stupp et son équipe commencent avec des agrégats de molécules peptidiques amphiphiles spécialement conçues dans l'eau. Le chauffage de la solution les fait émerger en feuilles plates bidimensionnelles suspendues dans l'eau. Une fois refroidi, les nappes se brisent spontanément en faisceaux de fibres, formant de manière irréversible un cristal liquide inhabituel. Les chercheurs mélangent ensuite les cellules dans le cristal liquide et, à l'aide d'une pipette, dessiner le liquide à la main à travers une solution saline. Le liquide gélifie immédiatement; le résultat est une ficelle en forme de morceau de spaghetti cuit et composée de nanofibres alignées avec d'énormes populations de cellules encapsulées.

Dans le cadre de l'étude, les chercheurs ont encapsulé des cellules cardiaques dans la ficelle en forme de nouilles et mesuré les signaux électriques. Les signaux passaient d'un bout à l'autre de la chaîne en quelques millisecondes - comme un fil, mais de cellules, pas en métal. Cela démontre le potentiel du gel de nanofibres aligné à être utilisé pour la transmission de signaux à longue portée dans les principaux organes du corps.

Cette nouvelle méthode est moins nocive pour les cellules vivantes que les méthodes existantes pour créer des fibres alignées sur de longues distances, qui reposent généralement sur des forces électriques ou mécaniques.

La force douce d'une main humaine faisant glisser le cristal liquide sur une surface aligne les fibres dans une direction; une solution saline peut instantanément geler l'alignement avant que le désordre ne s'installe. Stupp et co-auteur Monica Olvera de la Cruz, un professeur d'avocat Taylor et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering and Applied Science de Northwestern, croient que les formes inhabituelles de cristaux liquides résultent d'un phénomène qu'ils décrivent comme "l'instabilité de Rayleigh bidimensionnelle". L'alignement facile des filaments nanométriques peut également être utilisé pour aligner les nanotubes de carbone, comme le montre l'étude, ou d'autres structures conductrices d'intérêt dans des applications électroniques non biologiques.