Des supports de culture cellulaire déformables par micro-impression 3D
Le contrôle de la géométrie des substrats, par exemple pour imiter la structure et les mouvements naturels des tissus du corps humain, rend la culture des cellules plus physiologique. Une collaboration de chercheurs et chercheuses a développé une méthode de fabrication 3D de microstructures biocompatibles, dont la déformation est gouvernée par magnétisme. Publiés dans la revue Advanced Functional Materials, ces travaux reposent sur la polymérisation à deux photons et une combinaison de résines.
Les cellules, notamment de mammifères, sont cultivées pour de nombreuses études et applications biomédicales. Les avancées de la science ont montré que ces cellules sont très sensibles aux propriétés physiques des supports sur lesquels elles vivent. Dans le corps humain, elles sont en effet disposées en tissus qui bougent et se déforment, tels que dans les poumons ou l’intestin. Elles peuvent également circuler dans des structures molles et parfois étroites, comme à travers les parois des vaisseaux sanguins dans le cas d’invasion tumorale. Copier ces environnements micrométriques améliorerait la compréhension du comportement des cellules, mais ils sont difficiles à reproduire.
L’impression 3D permet de créer des supports aux propriétés intéressantes, mais elle a jusqu’à présent donné des surfaces statiques, dont la rugosité affectait trop souvent les cellules. Des chercheurs et chercheuses de l’Institut des nanotechnologies de Lyon (INL, CNRS/CPE Lyon/Centrale Lyon/INSA Lyon/Université Claude Bernard), de l’Institut Néel (CNRS), du Laboratoire de génie électrique de Grenoble (G2Elab, CNRS/Université Grenoble Alpes) et du Laboratoire interdisciplinaire de physique (LIPhy, CNRS/Université Grenoble Alpes) ont développé une méthode de micro-impression 3D, par la technique dite de la polymérisation à deux photons, formant des structures biocompatibles avec une résolution inférieure à un micromètre. Grâce à cela, l’équipe a conçu des échafaudages micrométriques, magnétiquement déformables, pour la culture de cellules.
La polymérisation à deux photons fait durcir des résines, ce que permet l’impression 3D, grâce à l’absorption simultanée de deux photons de même énergie. Les scientifiques ont repoussé les limites de cette technique en trouvant une nouvelle combinaison de résines. La première couche est un polymère à base de silice (OrmoComp), la seconde est une gélatine (Gel-MA) biocompatible et photorésistante. Une fois unifiées, elles sont assemblées à des billes magnétiques composées de néodyme, de fer et de bore. Ce système permet d’activer et de déformer des structures complexes à la manière de véritables microactionneurs, notamment pour imiter différents phénomènes physiologiques. L’environnement souple offre ainsi aux cellules des conditions pour bien s’accrocher, tout en laissant circuler les nutriments. Le matériau final est de plus visible sous différents microscopes afin de faciliter son utilisation et son étude. Les scientifiques, qui ont pris soin de ne pas trop allonger le temps de fabrication, comptent à présent essayer de produire les structures en série, afin qu’elles puissent servir à des expériences reproductibles et statistiquement signifiantes. Enfin, ils souhaitent complexifier les structures pour mimer des organes spécifiques.
© Pétrot et al.
Références
Multi-Material 3D Microprinting of Magnetically Deformable Biocompatible Structures
Roxane Pétrot, Thibaut Devillers, Olivier Stéphan, Orphée Cugat, and Caterina Tomba.
Advanced Functional Materials, 2304445, 2023
https://doi.org/10.1002/adfm.202304445
Article disponible sur la base d’archives ouvertes HAL