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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

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26documents trouvés

17437
08/12/2017

Cell biology of microbes and pharmacology of antimicrobial drugs explored by Atomic Force Microscopy

C.FORMOSA, R.DUVAL, E.DAGUE

SRSMC, ELIA

Revue Scientifique : Seminars in Cell & Developmental Biology, 12p., Décembre 2017 , N° 17437

Lien : https://hal.univ-lorraine.fr/hal-01651186

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Abstract

Antimicrobial molecules have been used for more than 50 years now and are the basis of modern medicine. No surgery can nowdays be imagined to be performed without antibiotics; dreadful diseases like tuberculosis, leprosis, siphilys, and more broadly all microbial induced diseases, can be cured only through the use of antimicrobial treatments. However, the situation is becoming more and more complex because of the ability of microbes to adapt, develop, acquire, and share mechanisms of resistance to antimicrobial agents. We choose to introduce this review by briefly drawing the panorama of antimicrobial discovery and development, but also of the emergence of microbial resistance. Then we describe how Atomic Force Microscopy (AFM) can be used to provide a better understanding of the mechanisms of action of these drugs at the nanoscale level on microbial interfaces. In this section, we will address these questions: (1) how does drug treatment affect the morphology of single microbes?; (2) do antimicrobial molecules modify the nanomechanical properties of microbes, or do the nanomechanical properties of microbes play a role in antimicrobial activity and efficiency?; and (3) how are the adhesive abilitites of microbes affected by antimicrobial drugs treatment? Finally, in a second part of this review we focus on recent studies aimed at changing the paradigm of the single molecule/cell technology that AFM typically represents. Recent work dealing with the creation of a microbe array which can be explored by AFM will be presented, as these developments constitute the first steps toward transforming AFM into a higher throughput technology. We also discuss papers using AFM as NanoMechnanicalSensors (NEMS), and demonstrate the interest of such approaches in clinical microbiology to detect quickly and with high accuracy microbial resistance.

141700
17385
05/12/2017

Regenerative potential of primary adult human neural stem cells on micropatterned bioimplants boosts motor recovery

C.DAVOUST, B.PLAS, A.BEDUER, B.DEMAIN, ASALABERT, J.C.SOL, C.VIEU, L.VAYSSE, I.LOUBINOUX

INSERM, EXT, UPS, ELIA

Revue Scientifique : Stem Cell Research & Therapy, art ID 253, Vol.8, Décembre 2017 , N° 17385

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01618948

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Abstract

Background: The adult brain is unable to regenerate itself sufficiently after large injuries . Therefore, hopes rely o n therapies using neural stem cell or biomaterial transplantation to sustain brain reconstruction. The aim of the present study was to evaluate the improvement in sensorimotor recovery brought about by human p rimary adult NSCs in combination with bio implant s . Methods: hNSCs were pre - seeded on implants micropatterned for neurite guidance and inserted intracerebrally 2 weeks after a primary motor cortex lesion in rats . Long - term behavio u r was significantly improved after hNSC - Implants versus cell engraf tment in the grip strength test. MRI and immunohistological studies were conducted to elucidate the underlying mechanisms of neuro implants integration . Results: hNSC - I mplants promoted tissue reconstruction and limited hemispheric atrophy and glial scar expansion. After 3 months , grafted hNSCs were detected on implants and expressed mature neuron al markers (NeuN, MAP2, and SMI 312). They also migrated over a short distance to the reconstructed and to the perilesional tissue s , where 26% integrated as mature neurons. Newly formed host neural progenitors ( n e stin, DCX) colonized the implants, notably in the presence of hNSCs, and participated to tissue reconstruction. The microstructured bioimplants sustain ed the guided maturation of both grafted hNSCs and endo genous progenitors. Conclusions: t hese immunohistological results are coherent with and could explain the late improvement observed in sensorimotor recovery. These findings provide novel insight s into the regenerative potential of primary adult hNSCs combined with microstructure d implants .

141634
17484
01/12/2017

Colon cancer cells adhesion on polymeric nanostructured surfaces

A.ACCARDO, V.SHALABAEVA, R.LA ROCCA

ELIA, LCC

Revue Scientifique : MRS Communications, Décembre 2017 , N° 17484

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01675463

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Abstract

n this work, we report on the adhesion of HCT116 (human colon carcinoma cells) cultured on nanofibrillar polymethylmethacrylate (PMMA) and SU-8 micropillars substrates. Both surfaces enabled a good cell proliferation and promoted the formation of adherent interconnections with the fabricated nano- and microstructures. The three-dimensional immunofluorescence confocal characterization of the cells on nanotextured PMMA highlighted the expression of well-spread F-actin cytoskeletal networks as well as the presence of focal adhesions. This study provides thus interesting perspectives for further investigations on the force/adhesion mechanisms related to cancer cell growth and proliferation.

142075
17452
28/11/2017

Functionalized double-walled carbon nanotubes for integrated gas sensors

L.YANG

ELIA

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 28 Novembre 2017, 145p., Président: K.ARAUJO-GUERIN, Rapporteurs: C.DEJOUS, M.ARAB, Examinateurs: G.VIAU, Directeurs de thèse: V.VIEU, E.FLAHAUT , N° 17452

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01675535

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Résumé

Nous proposons dans ce travail une méthode robuste et bas-coût afin de fabriquer des détecteurs de gaz à base de Nanotubes de Carbone bi-parois (DWCNTs) chimiquement fonctionnalisés. Ces nano-objets (DWCNTs) sont synthétisés par dépôt catalytique en phase vapeur (CCVD), puis purifiés avant d’être oxydés ou bien fonctionnalisés par des terminaisons fluorées ou aminées. Les dispositifs de détection électriques ont été fabriqués par lithographie douce en utilisant un pochoir de PDMS (Poly-DiMethyl Siloxane) et un dépôt en phase liquide à la pipette d’une suspension aqueuse contenant les nanotubes fonctionnalisés, rinçage puis séchage à l’azote sec. Chaque dispositif (1 cm X 2 cm) est équipé d’un jeu de 7 résistors à base de DWCNTs. Chaque résistor peut accueillir des nanotubes fonctionnalisés par une entité chimique différente afin de cibler un gaz spécifique, permettant ainsi une détection multiplexée. En raison de leur faible encombrement et la possibilité de les fabriquer sur tout type de substrat y compris des substrats souples, ces détecteurs pourraient être utilisés pour une large gamme d’applications et notamment les détecteurs de gaz portatifs et intégrés. La résistance électrique des résistors s’avère décroître avec la température suggérant une conduction électrique gouvernée par l’effet tunnel et les fluctuations au sein du tapis désordonné de nanotubes de carbone. Nous avons cependant montré dans ce travail que pour des applications réelles de détection de gaz, une régulation thermique des dispositifs n’est pas nécessaire car les variations de résistance engendrées par l’adsorption de molécules de gaz sont significativement plus grandes que les variations causées par de possibles fluctuations de température. Les dispositifs produits présentent un caractère métallique à température ambiante et pour des applications de détection de gaz nous avons sélectionné des dispositifs présentant des résistances inférieures à 100 kΩ. Le principe de base de la détection de gaz étant basé sur la mesure directe de la résistance électrique du dispositif, la consommation électrique de ces dispositifs reste faible (<1 μW). La réponse des dispositifs à base de nanotubes de carbone non fonctionnalisés aux analytes testés (éthanol, acétone, ammoniac et vapeur d’eau) est faible. Les nanotubes de carbone fonctionnalisés présentent quant à eux, une réponse modérée à la vapeur d’eau, à l’éthanol et à l’acétone mais montrent une sensibilité excellente à l’ammoniac. En particulier, les nanotubes de carbone oxydés se sont avérés capables de détecter des concentrations sub-ppm d’ammoniac en présence de vapeur d’eau en excès et à température ambiante et ont montré une grande stabilité dans le temps même pour des expositions de gaz répétées. Nous pensons que les groupes chimiques fonctionnels ancrés à la surface des nanotubes de carbone modifient les interactions entre les molécules de gaz et les nanotubes et que le transfert de charges induit provoque les modifications de la conductance électrique du système. Nous avons construit un modèle phénoménologique pour analyser les réponses électriques de nos dispositifs lors de l’exposition d’un gaz. Ce modèle prend en compte une variation exponentielle de la résistance au cours du temps puis un régime d’accroissement linéaire de cette résistance. Nous montrons en particulier que la constante de temps extraite du régime exponentiel est très informative sur la sensibilité et la sélectivité du détecteur de gaz. Nous avons finalement testé nos dispositifs pour des applications représentatives comme par exemple la détection de traces d’ammoniac qui ont pu être aisément réalisées à des concentrations bien inférieures au seuil de détection du nez humain (0.04ppm). En raison de leur grande stabilité, facilité de fabrication (design très simple, technologies de fabrication bas coût, intégration sur substrats souples), robustesse (détection possible en présence de vapeur d’eau et résiliente aux fluctuations thermiques) et en raison de la faible quantité de nanotubes de Carbone nécessaire, nous pensons que nos résultats sont intéressants pour des applications de masse concernant des détecteurs de gaz portables pour l’industrie des technologies de l’information et de la communication.

Abstract

We have successfully fabricated gas sensors based on chemically functionalized double-wall carbon nanotubes (DWCNTs) using a robust and low cost process. The DWCNTs were synthesized by catalytic chemical vapor deposition (CCVD) method. They were then purified before functionalization (oxidation, amination, and fluorination). The sensor devices were fabricated by soft lithography using PDMS (Poly-DiMethylSiloxane) stencils and liquid phase pipetting of a suspension of chemically functionalized DWCNTs in deionized water, rinsing and finally drying in a nitrogen flow. Each device (1 cm x 2 cm) is equipped with a set of 7 DWCNT based resistors. Each resistor can accommodate a precise chemical functionalization for targeting a specific gas species, allowing a multiplexed (up to 7) detection. Due to their small size and the possibility to fabricate them on soft substrates, they could be used for many kinds of applications including wearable devices. The electrical resistance of the produced resistors turned out to decrease with temperature, suggesting fluctuations induced tunneling conduction through the disordered network of metallic nanotubes. However, we have shown in our work that for realistic applications, gas sensing can be achieved without any temperature regulation of our devices, because the variations of electrical conductance caused by gas molecules adsorption are significantly larger than those caused by possible temperature fluctuations. The as fabricated devices exhibit at room temperature a metallic conducting behavior. Devices with a resistance less than 100 kΩ were selected for gas detection. Because the sensing principle is based on the direct measurement of the resistance, our scheme ensures low power consumption (<1 μW). Raw (not functionalized) DWCNTs-based gas sensors exhibited a low sensitivity to the tested analytes, including ethanol, acetone, ammonia and water vapor. Functionalized DWCNTs-based gas sensors exhibited a moderate sensitivity to ethanol, acetone and water vapor but the response to ammonia, even in the presence of additional water vapor, was excellent. In particular, oxidized DWCNTs based gas sensors exhibited a high stability in the case of prolonged and repeated gas exposures. The oxidized DWCNTs gas sensors were also able to detect ammonia vapor at sub-ppm concentration in the presence of water vapor at high concentration. We believe that the functional groups grafted to the DWCNTs modify the interaction between gas molecules and DWCNTs and that the induced charge transfer is responsible for the modification of the electrical conductivity. We have built a simple phenomenological model for the analysis of the sensing response curve. This model includes two components for the variations of electrical resistance during gas exposure, an exponential regime and a linear one. In particular, the time constant extracted from the exponential part of the response was found to be informative on devices' sensitivity and selectivity. Finally, we tested our sensors for realistic applications such as trace detection of ammonia, which could be easily detected while far below the detection threshold of human nose (0.04ppm) Due to the high stability, ease of fabrication (very simple design, use of low-cost technologies, integration on flexible substrates), robustness (detection in the presence of a large excess of water vapor and resilient to temperature fluctuations) and extremely low amounts of carbon nanotube required, we expect these results to have some potential for a wide range of mass applications in the field of wearable gas sensors for Information and Communication Technologies (ICT) industry.

141773
17407
20/11/2017

Enhancing plasticity of the central nervous system : Drugs, stem cell therapy and neuro-implants

A.LE FRIEC, ASALABERT, C.DAVOUST, B.DEMAIN, C.VIEU, L.VAYSSE, P.PAYOUX, I.LOUBINOUX

ToNIC, UPS, INSERM, ELIA

Rapport LAAS N°17407, Novembre 2017, 23p.

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01629177

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Abstract

Stroke represents the first cause of adult acquired disability. Spontaneous recovery, dependent on endogenous neurogenesis, allows for limited recovery in 50% of patients who remain functionally dependent despite physiotherapy. Here we propose a review of novel drug therapies with strong potential in the clinic. We will also discuss new avenues of stem cell therapy in patients with cerebral lesion. A promising future for the development of efficient drugs to enhance functional recovery after stroke seems evident. These drugs will have to prove efficacy also in severely affected patients. The efficacy of stem cell engraftment has been demonstrated, but will have to prove its potential in restoring tissue function for the massive brain lesions that are most debilitating. New answers may lay in biomaterials, a steadily growing field. Biomaterials should ideally resemble lesioned brain structures in architecture and must be proven to increase functional reconnections within host tissue before clinical testing.

141454
17398
31/10/2017

Débattre de question de nanosanté en formation des enseignants : quels enjeux, quelles pratiques ?

C.VIEU, N.PANISSAL

ELIA, EFTS

Rapport LAAS N°17398, Octobre 2017

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01613875

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Résumé

Un dispositif d'éducation à la nanomédecine et été conçu suivant une logique inspirée de la didactique des questions socialement vives et mis en place en formation continue des enseignants avec comme visée principale la prise en compte des dimensions éthiques. Dans le cadre de cette expérimentation, les enseignants reçoivent une formation interdisciplinaire sur les aspects scientifiques, techniques et socio-éthiques liés au développement des nanotechnologies puis sont amenés à débattre entre eux autour d'une question relative au séquençage de masse. L'analyse du corpus de débat permet de faire ressortir les points qui retiennent leur attention et l'influence du genre sur le type de raisonnements moraux qu'ils mobilisent dans leur argumentation. De manière plus générale, au-delà de cette expérimentation et de son analyse, nous discutons de l'intérêt de l'éthique du care pour penser des dispositifs didactiques sur des questions complexes de choix technologiques en rapport au vivant.

141375
17399
31/10/2017

L'éducation à la nanosanté : comment préparer les adolescents d'aujourd'hui à ce bouleversement des relations entre le médecin et son patient

C.VIEU, N.PANISSAL

ELIA, EFTS

Rapport LAAS N°17399, Octobre 2017

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01613868

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Résumé

Dans le champ de la didactique des Questions Socialement Vives (QSV), nous étudions des dispositifs d'éducation citoyenne à la nanomédecine dans l'enseignement secondaire en portant notre focus sur le développement de la pensée éthique des apprenants. Après avoir donné un aperçu des enjeux, des conséquences et des controverses liés à l'essor de la nanomédecine, nous nous interrogeons sur les dispositifs d'éducation dans ce domaine. Nous justifions le choix d'une expérimentation menée en collège, basée sur la production par les élèves de récits fictifs en lien avec la nanomédecine. L'analyse de ces productions fait apparaître un questionnement éthique de la part des élèves qui toutefois ne révèlent pas les spécificités des questionnements éthiques liés à la nanomédecine. La nanomédecine est présentée par eux comme une médecine fort prometteuse à l'image des discours médiatiques. Nous proposons des perspectives et des pistes précises afin de renforcer l'intérêt des récits fictifs pour apporter une nouvelle voix au questionnement éthique dans les dispositifs éducatifs en l'enracinant dans une relation à l'autre, la vulnérabilité des choses et des humains et un processus d'enquête.

141376
17397
31/10/2017

Fabrication of biomolecule microarrays for cell immobilization using automated microcontact printing

J.FONCY, A.ESTEVE, A.DEGACHE, C.COLIN, J.C.CAU, L.MALAQUIN, C.VIEU, E.TREVISIOL

ELIA, IMS Bordeaux, LPN, INNOPSYS

Rapport LAAS N°17397, Octobre 2017, 21p.

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01613897

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Abstract

Biomolecule microarrays are generally produced by conventional microarrayer i.e. by contact or inkjet printing. Microcontact printing represents an alternative way of deposition of biomolecules on solid supports but even if various biomolecules have been successfully microcontact printed, the production of biomolecule microarrays in routine by microcontact printing remains a challenging task and needs an effective, fast, robust and low-cost automation process. Here, we describe the production of biomolecule microarrays composed of extracellular matrix protein for the fabrication of cell microarrays by using an automated microcontact printing device. Large scale cell microarrays can be reproducibly obtained by this method

141374
17425
17/10/2017

Développement d’un capteur à base de polymère à empreintes moléculaires pour la quantification de la sphingosine 1-phosphate libre et circulante comme biomarqueur du mélanome cutané

M.SAHUN

ELIA

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 17 Octobre 2017, 155p., Président: T.LEVADE, Rapporteurs: L.DUMA, O.SOPPERA, C.MASQUEFA, Examinateurs: J.FITREMANN, Directeurs de thèse: N.ANDRIEU-ABADIE, A.CERF , N° 17425

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01660830

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Abstract

Melanoma is the most aggressive and severe form of cutaneous cancer due to its high metastatic potential. However, to date, no marker for the early detection of melanoma has been unanimously accepted. Our group has demonstrated that ceramide metabolism is strongly altered in melanoma, leading to the overproduction of sphingosine 1-phosphate (S1P), one of its derivatives. S1P is secreted by melanoma cells and has been identified as a critical molecule of tumor microenvironment remodeling that supports cancer progression. Physiologically, circulating S1P is predominantly linked to high density lipoproteins (HDLs), low and very low density lipoproteins (LDLs and VLDLs), as well as albumin. Melanoma cells produce unbound S1P that could be responsible for the effects induced by this lysophospholipid on the tumor microenvironment, as a result of its binding to S1PR receptors present on the surface of stromal cells. Thus, secreted tumor S1P could represent a new biomarker for the early detection of melanoma. However, there are currently no means to quantify it. The goal of this interdisciplinary work was to develop a new sensor based on a Molecularly Imprinted Polymer (MIP) in order to quantify unbound S1P present in the blood of melanoma patients. This study has been conducted between the “Engineering for Life science Applications (EliA)” group at the Laboratory for Analysis and Architecture of Systems (LAAS) and the “Sphingolipids, metabolism, cell death and tumor progression” group at the Cancer Research Center of Toulouse (CRCT), in strong collaboration with the team “Biomimetism and Bioinspired Structures” of the University of Technology of Compiègne (UTC). First, we synthesized a new MIP against S1P employing a bulk thermopolymerization approach. The resulting MIP was characterized and optimized by performing both mass spectrometry and fluorescence spectroscopy measurements. It was compared to a Non Imprinted Polymer (NIP) and exposed to S1P analogues to assess its selectivity. Second, in order to use the MIP as the sensitive layer of a future sensor and prepare its immobilization and structuration onto a transducer, we synthesized a new surface photopolymerizable MIP. This MIP was first structured by photolithography onto silicon substrates and validated by fluorescence microscopy measurements. The MIP was also structured as a thin layer onto Quartz Crystal Microbalance (QCM) chips in order to validate its binding capacities using this label-free method. Finally, the use of a MIP-coated optical fiber as an infrared sensor was explored, with the aim of detecting S1P in blood using Attenuated Total Reflectance (ATR) spectroscopy.

Résumé

Le mélanome est le plus agressif et le plus sévère des cancers cutanés du fait de son fort potentiel métastatique. Pourtant à ce jour, aucun biomarqueur pour la détection précoce du mélanome n’est unanimement reconnu. Notre groupe a récemment démontré que le métabolisme du céramide est fortement altéré dès les premiers stades de la maladie, conduisant à l’augmentation de la production d’un dérivé du céramide, la sphingosine 1-phosphate (S1P). La S1P est sécrétée par les cellules du mélanome et a été identifiée comme une molécule majeure du remodelage du microenvironnement tumoral, qui favorise la progression du cancer. De façon physiologique, la S1P circulante se trouve majoritairement sous forme liée aux protéines de haute densité (HDLs), aux protéines de basse et très basse densité (LDLs et VLDLs) ainsi qu’à l’albumine. Les cellules de mélanome pourraient produire de la S1P non liée qui pourrait rendre compte des effets produits par ce lysosphopholipide sur les cellules du microenvironnement tumoral suite à sa fixation sur les récepteurs S1PR présents à la surface des cellules stromales. Ainsi, cette forme libre de S1P pourrait représenter un nouveau biomarqueur pour la détection précoce du mélanome. Cependant, il n’existe à l’heure actuelle aucun moyen permettant de la quantifier. Le but de ce travail interdisciplinaire a été de développer un nouveau capteur basé sur un polymère à empreintes moléculaires (MIP) dans le but de quantifier la S1P libre dans le sang de patients atteints de mélanome. Cette étude a été réalisée entre l’équipe « Ingénierie pour les sciences du vivant (ELiA) » du Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes (LAAS), et l’équipe « Sphingolipides, métabolisme, mort cellulaire et progression tumorale » du Centre de Recherche en Cancérologie de Toulouse (CRCT), en étroite collaboration avec l’équipe « Biomimétisme et structures bioinspirées » de l’Université Technologique de Compiègne (UTC). Dans un premier temps, nous avons synthétisé un nouveau MIP dirigé contre la S1P par une méthode de thermopolymérisation en masse. Nous avons caractérisé puis optimisé ce MIP en effectuant des mesures de spectrométrie de masse couplée à la chromatographie en phase liquide et des mesures de spectroscopie de fluorescence. Le MIP a été comparé à un NIP (Non Imprinted Polymer) et exposé à des analogues de la S1P afin d’évaluer sa sélectivité. Dans un second temps, en vue de l’utilisation d’un MIP en tant que couche sensible d’un futur capteur et pour anticiper son immobilisation et sa structuration sur le transducteur, nous avons mis au point un nouveau MIP photopolymérisable en 2D. Ce MIP a d’abord été structuré en motifs par photolithographie sur des surfaces de silicium puis validé par des mesures de microscopie de fluorescence. Le MIP a également été structuré sous la forme de couches minces sur les surfaces actives de capteurs de Microbalance à Cristal de Quartz (QCM) dans le but de le valider par cette méthode sans marquage. Enfin, nous avons exploré l'utilisation d'une fibre optique recouverte d'une couche de MIP photopolymérisé dans le but de détecter, par spectroscopie infrarouge, la liaison de la S1P avec le MIP à la surface de la fibre.

Mots-Clés / Keywords
Mélanome cutané; Biomarqueurs; Sphingosine 1-Phosphate; Capteur;

141673
17193
19/07/2017

Multi-photon direct laser writing and 3D imaging of polymeric freestanding architectures for cell colonization

A.ACCARDO, MC.BLATCHE, R.COURSON, I.LOUBINOUX, C.THIBAULT, L.MALAQUIN, C.VIEU

ELIA, I2C, TEAM, INSERM

Revue Scientifique : Small, Vol.13, N°27, 1700621p., Juillet 2017 , N° 17193

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01534024

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Abstract

The realization of 3D architectures for the study of cell growth, proliferation and differentiation is a task of fundamental importance for both technological and biological communities involved in the development of biomimetic cell culture environments. Here we report the combination of 3D freestanding scaffolds realized by multi-photon direct laser writing (DLW), seeded with neuroblastoma cells, and their multi-technique characterization using advanced 3D fluorescence imaging techniques. The high accuracy of the fabrication process (≈ 200 nm) provides a much finer control of the meso-, micro-and nano-scale features compared to other 3D printing technologies based on fused deposition modeling, inkjet printing, selective laser sintering or polyjet technology. Scanning electron microscopy (SEM) provided detailed insights about the morphology of both cells and cellular Complete Manuscript interconnections around the 3D architecture. On the other hand, the nature of the seeding in the inner core of the 3D scaffold, inaccessible by conventional SEM imaging, was unveiled by light sheet fluorescence microscopy and multi-photon confocal imaging which highlighted an optimal cell colonization both around and within the 3D scaffold as well as the formation of long neuritic extensions. The results open appealing scenarios for the use of the developed 3D fabrication/3D imaging protocols in several neuroscientific contexts.

140341
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