En utilisant l'ADN, petites particules de silice, et nanotubes de carbone, des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont développé de nouveaux nanocomposites programmables qui peuvent être adaptés à diverses applications et programmés pour se dégrader rapidement et en douceur. Pour les applications médicales, ils peuvent créer des environnements dans lesquels les cellules souches humaines peuvent s'installer et se développer davantage. En outre, ils sont adaptés à la mise en place de systèmes biohybrides pour produire de l'électricité, par exemple. Les résultats sont présentés en Communication Nature et sur la plateforme bioRxiv.

Les cellules souches sont cultivées pour la recherche fondamentale et le développement de thérapies efficaces contre les maladies graves, c'est à dire., pour remplacer les tissus endommagés. Cependant, les cellules souches ne formeront des tissus sains que dans un environnement adéquat. Pour la formation de structures tissulaires tridimensionnelles, des matériaux sont nécessaires pour soutenir les fonctions cellulaires avec une élasticité parfaite. De nouveaux matériaux programmables adaptés à une utilisation comme substrats dans des applications biomédicales ont maintenant été développés par le groupe du professeur Christof M. Niemeyer de l'Institute for Biological Interfaces, avec des collègues de l'Institut de génie des procédés mécaniques et de mécanique, l'Institut zoologique, et l'Institut des interfaces fonctionnelles du KIT. Ces matériaux peuvent être utilisés entre autres pour créer des environnements dans lesquels les cellules souches humaines peuvent s'installer et se développer davantage.

Comme le rapportent les chercheurs de Communication Nature , les nouveaux matériaux sont constitués d'ADN, petites particules de silice, et les nanotubes de carbone. "Ces composites sont produits par une réaction biochimique et leurs propriétés peuvent être ajustées en faisant varier les quantités des constituants individuels, " explique Christof M. Niemeyer. De plus, les nanocomposites peuvent être programmés pour une dégradation et une libération rapides et douces des cellules cultivées à l'intérieur, qui peut ensuite être utilisé pour d'autres expériences.

Nouveaux matériaux pour les systèmes biohybrides

Selon une autre publication de l'équipe sur la plateforme de biosciences bioRxiv, les nouveaux nanocomposites peuvent également être utilisés pour la construction de systèmes biohybrides programmables. "L'utilisation de micro-organismes vivants intégrés dans des dispositifs électrochimiques est un domaine de recherche en expansion, " déclare le professeur Johannes Gescher de l'Institute for Applied Biosciences (IAB) du KIT, qui a participé à cette étude. « Il est possible de produire des piles à combustible microbiennes, biocapteurs microbiens, ou des bioréacteurs microbiens de cette manière."

Le système biohybride construit par les chercheurs du KIT contient la bactérie Shewanella oneidensis. Il est exoélectrogène, ce qui signifie que lorsque la substance organique est dégradée par manque d'oxygène, un courant électrique est produit. Lorsque Shewanella oneidensis est cultivée dans les nanocomposites développés par KIT, il remplit la matrice du composite, alors que la bactérie Escherichia coli non exoélectrogène reste à sa surface. Le composite contenant Shewanella reste stable pendant plusieurs jours. Les travaux futurs viseront à ouvrir de nouvelles applications en bio-ingénierie des nouveaux matériaux.