Gros plan sur une structure tubulaire réalisée par impression et auto-assemblage simultanés entre de l'oxyde de graphène et une protéine. Crédit :Professeur Alvaro Mata
Une équipe internationale de scientifiques a découvert un nouveau matériau qui peut être imprimé en 3D pour créer des structures vasculaires semblables à des tissus.
Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans Communication Nature , dirigé par le professeur Alvaro Mata à l'Université de Nottingham et à l'Université Queen Mary de Londres, les chercheurs ont développé un moyen d'imprimer en 3D de l'oxyde de graphène avec une protéine qui peut s'organiser en structures tubulaires qui reproduisent certaines propriétés du tissu vasculaire.
Le professeur Mata a déclaré :« Ce travail offre des opportunités en matière de biofabrication en permettant une bioimpression 3D descendante simulée et un auto-assemblage ascendant de composants synthétiques et biologiques de manière ordonnée à l'échelle nanométrique. Ici, nous biofabriquons des structures fluidiques de type capillaire à micro-échelle compatibles avec les cellules, présenter des propriétés physiologiquement pertinentes, et ont la capacité de résister à l'écoulement. Cela pourrait permettre la recréation de la vascularisation en laboratoire et avoir des implications dans le développement de médicaments plus sûrs et plus efficaces, ce qui signifie que les traitements pourraient potentiellement atteindre les patients beaucoup plus rapidement. »
Matériau aux propriétés remarquables
L'auto-assemblage est le processus par lequel plusieurs composants peuvent s'organiser en de plus grandes structures bien définies. Les systèmes biologiques s'appuient sur ce processus pour assembler de manière contrôlée des blocs de construction moléculaires en matériaux complexes et fonctionnels présentant des propriétés remarquables telles que la capacité de croissance, reproduire, et exécuter des fonctions robustes.
Image de microscopie électronique à balayage représentant des cellules endothéliales se développant à la surface des structures tubulaires imprimées. Crédit :Professeur Alvaro Mata
Le nouveau biomatériau est fabriqué par l'auto-assemblage d'une protéine avec de l'oxyde de graphène. Le mécanisme d'assemblage permet aux régions flexibles (désordonnées) de la protéine de s'ordonner et de se conformer à l'oxyde de graphène, générer une interaction forte entre eux. En contrôlant la manière dont les deux composants sont mélangés, il est possible de guider leur assemblage à plusieurs échelles de taille en présence d'alvéoles et dans des structures robustes complexes.
Le matériau peut ensuite être utilisé comme bioencre d'impression 3D pour imprimer des structures avec des géométries complexes et des résolutions allant jusqu'à 10 um. L'équipe de recherche a démontré la capacité de construire des structures de type vasculaire en présence de cellules et présentant des propriétés chimiques et mécaniques biologiquement pertinentes.
Coupe transversale d'une structure tubulaire bio-imprimée avec des cellules endothéliales (vert) sur et intégrées dans la paroi. Crédit :Professeur Alvaro Mata
Le Dr Yuanhao Wu est le chercheur principal du projet, elle a dit :« Il y a un grand intérêt à développer des matériaux et des procédés de fabrication qui imitent ceux de la nature. Cependant, la capacité de construire des matériaux et des dispositifs fonctionnels robustes grâce à l'auto-assemblage de composants moléculaires a jusqu'à présent été limitée. Cette recherche introduit une nouvelle méthode pour intégrer des protéines avec de l'oxyde de graphène par auto-assemblage d'une manière qui peut être facilement intégrée à la fabrication additive pour fabriquer facilement des dispositifs biofluidiques qui nous permettent de reproduire des parties clés des tissus et organes humains en laboratoire. »
