Des chercheurs de l'Université Brown ont développé de nouvelles surfaces de graphène, conçu avec de minuscules rides, comme environnements pour la culture cellulaire. Les surfaces pourraient fournir un moyen de cultiver des cellules en laboratoire qui se rapproche mieux des environnements complexes dans lesquels les cellules se développent dans le corps. Crédit :Hurt Lab/Université Brown
En utilisant une technique qui introduit de minuscules rides dans des feuilles de graphène, des chercheurs de l'Université Brown ont développé de nouvelles surfaces texturées pour la culture de cellules en laboratoire qui imitent mieux l'environnement complexe dans lequel les cellules se développent dans le corps.
"Nous savons que les cellules sont façonnées par leur environnement, " a déclaré Ian Y. Wong, professeur adjoint d'ingénierie et l'un des auteurs de l'étude. "Nous avons montré que vous pouvez créer des environnements texturés pour la culture cellulaire assez facilement en utilisant du graphène."
Traditionnellement, la culture cellulaire en laboratoire a été effectuée dans des boîtes de Pétri et sur d'autres surfaces planes. Mais dans le corps, les cellules se développent dans des environnements considérablement plus complexes. La recherche a montré que l'environnement physique d'une cellule peut influencer sa forme, physiologie, et même l'expression de ses gènes. Cela a conduit les scientifiques au cours de la dernière décennie à rechercher des moyens de cultiver des cellules en laboratoire qui sont un peu plus complexes.
Faire des surfaces avec des textures suffisamment petites pour être pertinentes à l'échelle cellulaire n'est pas facile, toutefois. L'équipe Brown s'est donc tournée vers un chouchou du monde des nanotechnologies :le graphène, le nanomatériau de carbone.
Pour rendre leurs surfaces texturées, les chercheurs ont utilisé de l'oxyde de graphène dispersé dans une solution et tamponné sur un substrat en silicone caoutchouteux. Avant d'appliquer le graphène, une tension est appliquée au substrat pour l'étirer comme un élastique. Quand le graphène sèche, la tension est relâchée et le substrat reprend sa taille normale. Quand cela arrive, de minuscules rides - des crêtes de quelques microns de haut et espacées de quelques microns - se forment dans la couche de graphène au-dessus du substrat.
La taille des rides peut être contrôlée par la concentration de la solution de graphène et l'étendue de l'étirement du substrat. Une solution plus concentrée augmente l'espacement entre les crêtes de rides. Plus d'étirement augmente la hauteur des rides.
Des chercheurs de l'Université Brown ont développé de nouvelles surfaces de graphène, conçu avec de minuscules rides, comme environnements pour la culture cellulaire. Une étude montre que les cellules cultivées sur les surfaces ridées se sont développées différemment par rapport à celles sur les surfaces planes. Crédit :Wong Lab/Brown University
Une partie de la beauté de ces surfaces est la facilité avec laquelle elles peuvent être réalisées, dit Mehrdad Kiani, un étudiant de premier cycle Brown et membre de l'équipe de recherche.
"D'autres méthodes sont beaucoup plus laborieuses, " dit Kiani. " Avec cette méthode, vous pouvez prendre un long morceau de substrat en caoutchouc, Étirer le, et placez plusieurs gouttelettes à la fois." Le long ruban peut ensuite être coupé en petits rectangles, qui peuvent être placés dans des plaques multipuits pour des expériences de laboratoire.
Une fois qu'ils ont eu leurs surfaces ridées, la prochaine étape des chercheurs était de voir si ces rides influençaient la croissance des cellules cultivées sur les surfaces. Dans une étude publiée récemment dans la revue Carbone , l'équipe a cultivé des fibroblastes humains et murins (cellules impliquées dans la cicatrisation des plaies) sur des feuilles de graphène plates et ridées. L'étude a révélé des différences majeures dans la façon dont les cellules se sont développées sur chacune des surfaces.
"Sur le graphène plat, les cellules étaient désorganisées, multipolaire et non aligné, " a déclaré Evelyn Kendall Williams, un autre membre de premier cycle de l'équipe de recherche. "Mais sur la surface ridée, les cellules étaient allongées et fortement alignées le long des rides. Ces caractéristiques morphologiques sont plus révélatrices d'un phénotype biologiquement pertinent."
Dans le corps, les fibroblastes se développent dans les coins et recoins du tissu conjonctif. Ils ont tendance à avoir une longue, apparence grêle semblable à l'apparence des cellules qui se sont développées dans les rides du graphène.
Ayant montré que leur surface ridée peut influencer la forme des cellules, les chercheurs continueront à faire des expériences avec des rides de différentes formes et tailles. Ces surfaces rendent cela possible car les rides elles-mêmes sont facilement ajustables. "Nous pensons que c'est une excellente nouvelle façon de comprendre comment la croissance des cellules est influencée par leur environnement physique, " a déclaré Wong.
Les surfaces pourraient également être utilisées pour tester des médicaments en laboratoire, Wong dit, ou peut-être comme surfaces biomimétiques pour des échafaudages tissulaires implantables ou des implants neuraux.
Le travail était le résultat de la collaboration entre le laboratoire de génie biomédical de Wong et le laboratoire de Robert Hurt, professeur d'ingénierie à Brown, qui se concentre sur les nanomatériaux de carbone.
"C'est une nouvelle application pour le graphène, " Hurt a déclaré. " Nous commençons tout juste à réaliser toutes les façons innovantes d'utiliser ce bloc de construction atomiquement mince et flexible pour fabriquer de nouveaux matériaux et dispositifs. "
