Supramolecular gels: synthesis, self-assembly, biocompatibility and application as scaffold for neuronal cell culture
Gélifiants supramoléculaires : synthèse, auto-assemblage, biocompatibilité et application pour la culture de cellules neuronales
Résumé
La réparation de lésions cérébrales reste de nos jours un grand challenge de l'ingénierie tissulaire. De même, l'établissement de modèles in vitro représentatifs du tissu cérébral est un sujet qu'il reste à explorer, surtout du point de vue des biomatériaux à utiliser pour soutenir la croissance cellulaire. Ce travail consiste donc au développement d'un biomatériau de type hydrogel adapté à la survie et la croissance de cellules souches neurales humaines. Les gels de type (supra)moléculaires, qui ont la particularité de se former par auto-assemblage, pourraient présenter de nombreux avantages pour ce type d'application. En effet, ils possèdent entre autres des propriétés mécaniques, une biodisponibilité et une structuration aux échelles micro et nanométriques originale qui font de ces gels des supports intéressants pour la culture de neurones. Une famille de gélifiants supramoléculaires a donc été synthétisée, caractérisée et étudiée en tant que support de culture cellulaire. Ces gélifiants sont de type alkylgalactonamide, c'est-à-dire dérivés d'un sucre - le galactose - et d'une chaîne grasse de type alkyle. Ils forment des hydrogels par refroidissement jusqu'à température ambiante d'une solution de gélifiant préalablement portée à haute température. Le refroidissement entraîne la formation de fibres micrométriques par auto-assemblage des molécules. Il a été établi qu'un contrôle précis du refroidissement lors de leur préparation permettait l'obtention d'hydrogels plus homogènes, plus résistants, qui sont compatibles avec les conditions de culture cellulaire et avec des fibres plus longues. Ces hydrogels se sont révélés être biocompatibles, avec une survie et une croissance en trois dimensions des cellules souches neurales humaines en leur sein. Ces dernières développent de longs neurites et expriment des marqueurs de la différentiation neuronale (ß3-tubuline) ou gliale (GFAP), notamment sur l'un des hydrogels. Le dernier aspect de ce travail a consisté à l'utilisation de nouvelles techniques de structuration en 3D des matériaux afin de construire avec ces hydrogels des supports centimétriques avec une forme bien définie. Une technique de filage en voie humide basée sur l'échange de solvants (wet spinning) a alors été mise au point permettant d'extruder l'hydrogel de façon contrôlée et directement à température ambiante. Elle permet d'obtenir de fins filaments de gel très réguliers soutenus par des fibres nanométriques de largeur monodispersée. Des essais ont également été effectués pour appliquer cette technique à l'impression 3D. Au final, ce projet démontre que certains gels moléculaires peuvent présenter des propriétés particulièrement adaptées pour l'ingénierie tissulaire notamment avec des cellules souches neurales et ouvrent également des perspectives dans le domaine de la mise en forme de ces matériaux délicats.
La réparation de lésions cérébrales reste de nos jours un grand challenge de l'ingénierie tissulaire. De même, l'établissement de modèles in vitro représentatifs du tissu cérébral est un sujet qu'il reste à explorer, surtout du point de vue des biomatériaux à utiliser pour soutenir la croissance cellulaire. Ce travail consiste donc au développement d'un biomatériau de type hydrogel adapté à la survie et la croissance de cellules souches neurales humaines. Les gels de type (supra)moléculaires, qui ont la particularité de se former par auto-assemblage, pourraient présenter de nombreux avantages pour ce type d'application. En effet, ils possèdent entre autres des propriétés mécaniques, une biodisponibilité et une structuration aux échelles micro et nanométriques originale qui font de ces gels des supports intéressants pour la culture de neurones. Une famille de gélifiants supramoléculaires a donc été synthétisée, caractérisée et étudiée en tant que support de culture cellulaire. Ces gélifiants sont de type alkylgalactonamide, c'est-à-dire dérivés d'un sucre - le galactose - et d'une chaîne grasse de type alkyle. Ils forment des hydrogels par refroidissement jusqu'à température ambiante d'une solution de gélifiant préalablement portée à haute température. Le refroidissement entraîne la formation de fibres micrométriques par auto-assemblage des molécules. Il a été établi qu'un contrôle précis du refroidissement lors de leur préparation permettait l'obtention d'hydrogels plus homogènes, plus résistants, qui sont compatibles avec les conditions de culture cellulaire et avec des fibres plus longues. Ces hydrogels se sont révélés être biocompatibles, avec une survie et une croissance en trois dimensions des cellules souches neurales humaines en leur sein. Ces dernières développent de longs neurites et expriment des marqueurs de la différentiation neuronale (ß3-tubuline) ou gliale (GFAP), notamment sur l'un des hydrogels. Le dernier aspect de ce travail a consisté à l'utilisation de nouvelles techniques de structuration en 3D des matériaux afin de construire avec ces hydrogels des supports centimétriques avec une forme bien définie. Une technique de filage en voie humide basée sur l'échange de solvants (wet spinning) a alors été mise au point permettant d'extruder l'hydrogel de façon contrôlée et directement à température ambiante. Elle permet d'obtenir de fins filaments de gel très réguliers soutenus par des fibres nanométriques de largeur monodispersée. Des essais ont également été effectués pour appliquer cette technique à l'impression 3D. Au final, ce projet démontre que certains gels moléculaires peuvent présenter des propriétés particulièrement adaptées pour l'ingénierie tissulaire notamment avec des cellules souches neurales et ouvrent également des perspectives dans le domaine de la mise en forme de ces matériaux délicats.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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