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May 29, 2024

Échafaudages électriquement conducteurs imitant la structure hiérarchique des myofibres cardiaques

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 2863 (2023) Citer cet article 1537 Accès 1 Citations 2 Détails d'Altmetric Metrics Échafaudages électriquement conducteurs, imitant la direction unique

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2863 (2023) Citer cet article

1537 Accès

1 Citation

2 Altmétrique

Détails des métriques

Des échafaudages électriquement conducteurs, imitant l’alignement directionnel unique des fibres musculaires dans le myocarde, sont fabriqués à l’aide de la technique de micro-stéréolithographie d’impression 3D. Le diacrylate de polyéthylène glycol (polymère photosensible), l'Irgacure 819 (photo-initiateur), la curcumine (colorant) et la polyaniline (polymère conducteur) sont mélangés pour fabriquer l'encre conductrice qui est réticulée par réaction de photopolymérisation radicalaire. La curcumine agit comme un filtre liquide et empêche la lumière de pénétrer profondément dans la solution photosensible et joue un rôle central dans le processus d'impression 3D. Les échafaudages obtenus présentent une morphologie bien définie avec une taille moyenne de pores de 300 ± 15 μm et des propriétés semi-conductrices avec une conductivité d'environ 10 à 6 S/m. Les analyses de voltamétrie cyclique détectent l'électroactivité et mettent en évidence comment le transfert d'électrons implique également une diffusion ionique entre le polymère et la solution électrolytique. Les échafaudages atteignent leur degré de gonflement maximal 30 minutes après immersion dans le PBS à 37 ° C et après 4 semaines, ils démontrent un taux de dégradation hydrolytique lent typique du réseau de polyéthylène glycol. Les échafaudages conducteurs affichent une conductivité réglable et fournissent un environnement optimal aux cellules progénitrices cardiaques de souris en culture.

Les tissus biologiques sont généralement classés selon les types de cellules incorporés dans leur texture, l'expression de différentes molécules contribuant à leur machinerie et les familles de facteurs sécrétés aux différentes étapes de leur différenciation. Cependant, ils sont également parcourus par de faibles courants électriques essentiels à leur communication et à leur fonctionnement intercellulaires1. Dans le myocarde et les nerfs, ces courants basaux sont superposés par des ondes électriques cycliques auto-générées capables de générer des signaux et des forces mécaniques qui, à travers les cellules adjacentes, se propagent vers les régions les plus périphériques du corps. Dans ce contexte, la fonction du tissu myocardique est modulée par les propriétés mécaniques uniques et la structure anisotrope du tissu cardiaque dans laquelle le large réseau de matrice extracellulaire tridimensionnelle (MEC) oriente les cardiomyocytes, les couple mécaniquement assurant leur connectivité électrique, et fournit un soutien élastique pendant la contraction ventriculaire. L'orientation des fibres myocardiques varie de manière transmurale dans toute la paroi ventriculaire. Ces fibres s'étendent dans le sens de l'hélice droite au niveau de la région sous-endocardique, traversent circonférentiellement la paroi médiane et se tournent vers le sens de l'hélice gauche au niveau de la région sous-épicardique, contribuant de manière significative au pompage cardiaque2,3. Les événements traumatisants et les maladies dégénératives, entre autres, entraînent souvent des dommages irréparables à cette admirable bioarchitecture en raison de la faible capacité de régénération innée du cœur4. Les zones blessées sont remplacées par du tissu cicatriciel riche en collagène qui déforme la géométrie ventriculaire et obstrue le flux régulier des signaux électriques, conduisant à des arythmies et à une insuffisance cardiaque à long terme5.

Au cours des dernières décennies, les progrès des sciences biologiques, de l’ingénierie, de la science des matériaux et des techniques avancées de fabrication de micro/nano ont suggéré la possibilité de réparer les régions ventriculaires blessées en fabriquant et en implantant des bandes de myocarde sain. À cette fin, une approche multidisciplinaire (ingénierie tissulaire) a été utilisée pour correspondre à la complexité de la bioarchitecture et de la fonction du tissu myocardique. Dans une expérience typique d’ingénierie tissulaire, les cellules souches sont ensemencées dans un échafaudage polymère biocompatible imitant vaguement l’ECM du tissu. L'échafaudage est généralement composé d'un biomatériau naturel ou synthétique ou d'une combinaison des deux (échafaudage) et, grâce à cette approche, plusieurs tissus artificiels ressemblant à un cœur ont été conçus et implantés in vivo6,7,8,9,10,11. Cependant, malgré des efforts extraordinaires à l’échelle mondiale, les résultats ne sont pas encore suffisants pour envisager une utilisation clinique12,13. La cause de cet échec, entre autres, peut être principalement trouvée dans des échafaudages imitant de manière inadéquate la bioarchitecture tissulaire14. Initialement, les échafaudages étaient simplement destinés à servir de support mécanique permettant aux cellules cultivées de croître et de proliférer. Plus tard, il a été révélé que la différenciation cellulaire pouvait être améliorée via des propriétés physiques, chimiques, mécaniques et biologiques spécifiques de l'échafaudage en attendant que les cellules sécrètent leur propre MEC.