Lorsque les biologistes étudient les cellules au microscope, ils les regardent sur des surfaces planes qui n'ont rien à voir avec l'environnement à l'intérieur du corps humain. Maintenant, les chercheurs de NTNU ont trouvé un moyen d'imiter certains aspects de l'environnement natif d'une cellule en utilisant de minuscules piliers de polymère. Leurs travaux, financés par le Research Council of Norway, sont publiés dans la revue Nanoscale Research Letters .

"Les cellules du corps humain sont intégrées dans une matrice complexe de molécules", explique Pawel Sikorski, professeur au département de physique de NTNU. Cet environnement, connu sous le nom de matrice extracellulaire, est un réseau de soutien dynamique pour les cellules, fournissant non seulement un échafaudage physique pour la croissance des tissus et des organes, mais transmettant également des signaux pour aider les cellules à communiquer entre elles. Bien que retirer des cellules de la matrice extracellulaire et les placer sur des surfaces planes en verre permette aux chercheurs de les étudier en laboratoire, cela signifie que nous pourrions passer à côté de l'observation de nombreux processus cellulaires.

"Le verre est très dur et la cellule sentira que le substrat ne se déforme pas lorsqu'elle essaie de tirer dessus", explique Sikorski. "Cela induit certains types de comportement et induit également certains types de processus dans les cellules. Elles se comporteront différemment si elles étaient placées sur quelque chose qui est élastique et mou et qui peut être déformé et remodelé."

Cela signifie que si les chercheurs veulent comprendre comment les cellules se comportent dans leur environnement natif, ils ont besoin d'un substrat qui reproduit plus fidèlement la biologie. L'intégration de cellules dans des hydrogels, par exemple des réseaux 3D de polymères de type gélatine, est une option. Mais étudier les cellules dans un hydrogel n'est pas aussi simple que de les regarder sur une simple lame de verre sous un microscope optique. "Si vous voulez voir ce qui se passe, cela devient assez difficile", déclare Sikorski.

Créer des structures dans un film polymère fin

Imiter certains des aspects mécaniques des substrats plus mous avec des nanostructures est une façon possible de résoudre ce problème - et c'est exactement ce que Sikorski et Ph.D. l'étudiant Jakob Vinje l'ont fait, en collaboration avec les biologistes cellulaires Noemi Antonella Guadagno et Cinzia Progida de l'Université d'Oslo. Vinje a couvert des lames de verre dans de minuscules piliers faits d'un polymère connu sous le nom de SU-8. Ces nanopiliers, chacun mesurant seulement 100 nm de diamètre à la pointe, ont été fabriqués par lithographie par faisceau d'électrons au NTNU NanoLab, où un faisceau d'électrons focalisé crée des structures dans un film polymère fin.

"Par millimètre carré, vous avez déjà pas mal de piliers, et si vous voulez étudier les cellules, nous devons créer des surfaces qui sont au moins de l'ordre de 10 sur 10 millimètres", explique Sikorski. "Les outils de NTNU NanoLab sont essentiels pour que cela soit possible."

Les chercheurs ont créé des substrats avec une variété d'arrangements différents de nanopiliers et les ont testés en utilisant des cellules qui produisent des protéines fluorescentes. En examinant les cellules au microscope, les chercheurs ont analysé la forme, la taille et la distribution des points d'attache de la cellule aux différentes surfaces.

Piliers serrés

Après avoir fait des centaines d'observations de cellules sur les différentes surfaces, les chercheurs ont découvert que les substrats avec des nanopiliers serrés imitaient le plus une surface plus douce. "Si nous fabriquons un substrat avec des piliers denses, les cellules se comportent comme si elles se trouvaient sur un substrat beaucoup plus mou", explique Sikorski.

La beauté des substrats recouverts de nanopiliers est leur simplicité - en théorie, les biologistes pourraient simplement échanger leurs lames de verre habituelles contre les nouvelles. "Il a plus de fonctionnalités et plus d'accordabilité qu'un substrat en verre, mais il reste relativement simple", déclare Sikorski.

Il dit que l'objectif ultime serait que les chercheurs puissent "simplement ouvrir l'emballage et en retirer une, mettre leurs cellules, l'étudier au microscope, puis la jeter une fois qu'ils ont terminé". Cependant, pour que cela devienne une réalité, les substrats devraient être produits par centaines à un coût relativement faible.

Jusqu'à présent, les chercheurs n'ont fabriqué qu'un petit nombre de prototypes, mais il existe des méthodes, telles qu'une technique à faible coût et à haut débit pour la fabrication de motifs à l'échelle nanométrique appelée lithographie par nanoimpression, qui pourraient rendre possible l'augmentation de la production des substrats. /P>

En plus de permettre aux biologistes d'étudier les cellules d'une nouvelle manière, les substrats pourraient être utilisés pour développer de meilleures façons de cribler les médicaments. Pour trouver un médicament qui empêche les cellules d'adhérer à une surface particulière, par exemple, un substrat recouvert de nanopiliers pourrait imiter cette surface et mettre à l'épreuve des médicaments potentiels. + Explorer plus loin

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