Ces bioingénieurs de l’Université technologique du Michigan nous proposent, dans la revue Materiala, des nanofibres électrofilées qui induisent les cellules à suivre le motif de brins et de poches de ces nanofibres sous-jacentes. De plus, la variation de l'intensité du champ électrique lors de l’électrofilage permet d’obtenir différentes tailles de poches adaptées aux différents types de tissu (cardiaque, cérébral, cutané…) à régénérer. Un « échafaudage universel » donc, adaptable à tous types de tissus et de cicatrisation.
Précisément, la variation de l'intensité du champ électrique lors de l’électrofilage des nanofibres permet, à 19 kilovolts, de former de petites poches, idéales pour les myoblastes cardiaques, à 21 kilovolts des poches adaptées aux cellules osseuses et à 22 kilovolts, des poches adaptées aux cellules cutanées donc à la cicatrisation des plaies.
Un matériau de base unique pour différents types de cellules : l'électrofilage utilise des champs électriques pour obtenir ces fibres nanométriques et microscopiques. La technique est bien développée, mais elle prend beaucoup de temps et est coûteuse. L’équipe de la Michigan Technological University propose ici une nouvelle technique d'électrofilage qui permet de créer ces nanofibres personnalisables pour la culture et la régénération cellulaires, sans solvants et sans composés chimiques toxiques. L’auteur principal, Smitha Rao, professeur en génie biomédical à Michigan Tech explique l’avantage de l’innovation : « Nous voulons un échafaudage universel qui s’adapte en structure à ce que les cellules aiment. Prenez une cellule, placez-la sur un matériau poreux, par opposition à un matériau élastiques ou encore un matériau dur. Il s'avère que la cellule se comportera différemment. C’est pourquoi, en général, pour la culture cellulaire, on utilise différents matériaux pour obtenir différentes caractéristiques. Notre objectif était de fabriquer des échafaudages qui offrent ces différentes conditions mais avec le même matériau ».
Des échafaudages de nanofibres capables de soutenir la croissance cellulaire quel que soit le type de tissu à réparer : les chercheurs ont utilisé des polymères, les ont mis en solution, et ont développé cette « formule » qui « aligne » leur structure en fonction du champ, puis, enfin, ils ont procédé à l'électrofilage. Ils montrent que sur le matériau obtenu, les cellules s'alignent sans besoin d’appliquer quoi que ce soit de l'extérieur. Généralement, pour que les cellules s’alignent, il faut les placer dans un champ électrique ou agiter l'échafaudage pour les contraindre à s'aligner sur un motif particulier. Ici, les chercheurs posent des morceaux de l’échafaudage dans un plat de culture, déposent les cellules qui « suivent toutes seules » le motif en chaîne et en poche des nanofibres sous-jacentes. Si la variation de l'intensité du champ électrique lors de l’électrofilage permet d’optimiser l’alignement des cellules en fonction de leur type, le matériau de base reste toujours le même.
Un mélange « magique » de 2 polymères est à la base de cette régulation possible du format des poches des nanofibres ; un mélange de 3 polymères permet encore d'améliorer les propriétés mécaniques. L’un de ces polymères, la polyaniline est par nature conductrice et, une fois incorporé dans la matrice des fibres, il permet d’obtenir ces échafaudages naturellement conducteurs.
Pouvoir utiliser les mêmes matériaux pour induire différentes caractéristiques de nanofibres signifie éliminer les variables chimiques et physiques susceptibles de modifier les résultats finaux de ces échafaudages de culture cellulaire. La recherche contribue ainsi à accélérer la technologie de cicatrisation des plaies mais pourrait aussi faire progresser le prototypage rapide en génie biomédical : plus largement, ce nouveau matériau permet en effet de mieux comprendre comment les différents types de cellules (osseuses, cérébrales, cardiaques ou cutanées) prolifèrent et se développent.
Source: Materialia June 2019 DOI : 10.1016/j.mtla.2019.100296 Self-assembly of 3D nanostructures in electrospun polycaprolactone-polyaniline fibers and their application as scaffolds for tissue engineering (Visuel Peter Zhu / Michigan Tech)
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