Des micro-environnements 3D en hydrogel pour la croissance neuronale

Mardi, 29 Mai, 2018

Grâce à une technique de lithographie à deux photons, des chercheurs de l'équipe ELIA ont fabriqué un micro échafaudage en hydrogel biocompatible. Cette architecture 3D s'est révélée un support efficace pour la croissance d'un réseau de cellules neurales, avec des applications potentielles dans l'ingénierie tissulaire et le criblage de médicaments. Les résultats sont publiés dans la revue Materials Today.

Pour réaliser des cultures cellulaires en 3 dimensions, la recherche biomédicale a besoin de supports poreux – des « échafaudages » – qui favorisent la prolifération des cellules et la constitution d'un tissu fonctionnel. Cela suppose de maîtriser finement la géométrie du support, qui doit être fabriqué dans un matériau biocompatible. C'est ce qu'a réussi une de nos équipes, en collaboration avec des chercheurs du Toulouse NeuroImaging Center (ToNIC, université de Toulouse/Inserm/UPS) et de l'Insa.

Plusieurs techniques sont déjà utilisées pour fabriquer des micro architectures servant de support à des cultures cellulaires. Mais elles ont l'inconvénient de ne pas réaliser de vraies structures 3D, de ne pas atteindre une résolution micrométrique, ou encore d'utiliser des matériaux peu compatibles avec la culture cellulaire. Les chercheurs du LAAS ont levé ces obstacles en recourant à une technique de lithographie à 2 photons (Two photon lithography direct laser writing, 2PL-DLW) avec un hydrogel biocompatible : le polyéthylène glycol diacrylate (PEGDA).

La technique de microfabrication 2PL-DLW crée une architecture 3D en l’imprimant directement dans l’espace au sein d’un liquide photopolymérisable sous l'action d'un faisceau laser. Elle permet d'obtenir des motifs avec une résolution inférieure au micron. Dans leurs travaux les chercheurs ont développé une formulation d’hydrogel à base de PEGDA incluant un photo-initiateur. La maîtrise du dosage leur a permis d'obtenir une structure 3D, sans nuire à la biocompatibilité de l'hydrogel, et en préservant sa faible rigidité et sa déformabilité, un atout par rapport aux matériaux plus rigides utilisés habituellement par la 2PL-DLW.

L'échafaudage obtenu a permis d'observer la croissance d'un réseau ramifié de cellules neurales (voir le communiqué de presse du 14 mai 2018 : Une nouvelle molécule gélifiante pour la culture de neurones en 3D). De plus, en raison de la faible autofluorescence et de la transparence du matériau, il est possible, en utilisant l’imagerie confocale multiphotonique, de visualiser plusieurs marqueurs cellulaires depuis les régions périphériques jusqu’au cœur de la structure 3D. Les chercheurs veulent maintenant développer des échafaudages en PEGDA pour des applications plus spécifiques. Par exemple, pour étudier la stimulation de la régénération des tissus cérébraux, ou encore pour le criblage de médicaments concernant la maladie d’Alzheimer.

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