La membrane cellulaire, qui contient un extérieur hydrophile et un intérieur hydrophobe, ouvre et ferme les canaux ioniques comme un robinet d’eau et convertit un stimulus physico-chimique en un signal électrique qui est ensuite transmis aux cellules. Jusqu’à récemment, la capacité limitée d’une structure de membrane cellulaire artificielle à ne durer que cinq jours au maximum était un obstacle.
L’Institut coréen des sciences et technologies (KIST, président Seok-Jin Yoon) a annoncé que l’équipe de recherche dirigée par le Dr Tae Song Kim du Brain Science Institute a réussi à développer une membrane cellulaire artificielle qui peut être maintenue stable pendant plus de 50 jours. sur un substrat de silicium. C’est le temps le plus long rapporté sur le terrain. En plus de créer, en 2018, une membrane cellulaire artificielle d’une durée de cinq jours, l’équipe du Dr Kim a démontré en 2019 le transfert d’un ion positif à l’intérieur d’une structure avec une membrane cellulaire artificielle avec une protéine attachée à la surface, confirmant son potentiel d’application de biocapteur.
Cependant, une durabilité d’au moins un mois est essentielle pour la recherche en sciences de la vie utilisant des membranes cellulaires artificielles et la commercialisation pratique de biocapteurs. Pour étendre la limite de cinq jours de stabilité d’une membrane cellulaire artificielle, l’équipe de recherche du KIST s’est concentrée sur un matériau appelé copolymère à blocs (BCP). Un BCP est une macromolécule composée de deux ou plusieurs blocs, qui peuvent être alignés de manière répétée sous la forme d’une longue rangée de blocs de propriétés antagonistes qui imitent la nature hydrophile et hydrophobe de la membrane cellulaire humaine.
L’équipe de recherche du Dr Kim a développé une technologie qui organise régulièrement des dizaines de milliers de trous d’un diamètre de 8 μm sur un substrat de silicium et insère une quantité spécifique de solution de BCP dans chaque trou par traitement de surface, et le sèche. Ensuite, une structure à double couche BCP en forme de bulle de savon, de forme ovale allongée ou de forme tubulaire mince est créée de manière réglable en appliquant un champ électrique entre l’électrode de plaque supérieure du canal microfluidique et le substrat de silicium inférieur. Ce processus a conduit à la découverte de la possibilité de maintenir une structure avec une forme spécifique en fonction de la concentration de la solution et du champ électrique et de la fréquence appliqués. Cela suggère un moyen de contrôler librement la taille et la forme des membranes cellulaires artificielles, d’une sphère, comme une bulle de savon, à un cylindre, comme un tube.
L’équipe de recherche du KIST a finalement créé une membrane cellulaire artificielle qui peut être maintenue stable pendant plus de 50 jours en remplissant l’extérieur d’une structure tridimensionnelle en BCP à double couche avec un hydrogel poreux qui présente d’excellentes caractéristiques d’élasticité et de résilience similaires à celles d’un être humain. matière corporelle. De plus, une structure d’organe artificiel a été produite en reproduisant une cellule épithéliale dans l’intestin grêle, qui se compose de milliers de structures tubulaires (cils) à l’aide d’une structure à double couche BCP, prouvant son potentiel d’utilisation en tant que matériau pour les organes artificiels par liaison avec β-galactosidase.
Le Dr Kim déclare que « alors que la recherche mondiale sur les membranes cellulaires artificielles s’est concentrée sur le placement d’une structure plane bidimensionnelle sur un substrat de silicium, l’équipe a réussi à prolonger la période de stabilité d’une membrane cellulaire artificielle de plus de dix fois après la développement de la première technologie tridimensionnelle de fabrication de structures de membranes cellulaires artificielles La recherche, qui a ouvert la voie à la fabrication de matrices à grande surface de membranes cellulaires artificielles, devrait se développer davantage en une technologie de plate-forme pour la recherche sur la fonctionnalité biologique qui identifie les rôles de des biocapteurs ultra-sensibles ressemblant aux fonctions cellulaires, au criblage de médicaments pour le développement de nouveaux médicaments, et aux neurotransmetteurs et hormones dans le cerveau. »
La recherche a été publiée dans Communication Nature.
Dong-Hyun Kang et al, Fabrication accordable et évolutive d’un réseau de membranes cellulaires artificielles polymorphes 3D à base de copolymères blocs, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-28960-y
Fourni par le Conseil national de recherches sur la science et la technologie