I ricercatori della Brown University hanno sviluppato nuove superfici di grafene, progettato con piccole rughe, come ambienti per colture cellulari. Le superfici potrebbero fornire un modo per coltivare le cellule in laboratorio che si avvicina meglio agli ambienti complessi in cui le cellule crescono nel corpo. Credito:Hurt Lab/Brown University
Utilizzando una tecnica che introduce minuscole rughe nei fogli di grafene, i ricercatori della Brown University hanno sviluppato nuove superfici strutturate per la coltura delle cellule in laboratorio che imitano meglio l'ambiente complesso in cui le cellule crescono nel corpo.
"Sappiamo che le cellule sono modellate dall'ambiente circostante, " ha detto Ian Y. Wong, assistente professore di ingegneria e uno degli autori dello studio. "Abbiamo dimostrato che è possibile creare ambienti strutturati per la coltura cellulare abbastanza facilmente utilizzando il grafene".
Tradizionalmente, la coltura cellulare in laboratorio è stata eseguita in piastre di Petri e su altre superfici piane. Ma nel corpo, le cellule crescono in ambienti notevolmente più complessi. La ricerca ha dimostrato che l'ambiente fisico di una cellula può influenzare la sua forma, fisiologia, e anche l'espressione dei suoi geni. Ciò ha portato gli scienziati nell'ultimo decennio circa a cercare modi per coltivare le cellule in ambienti di laboratorio che siano un po' più complessi.
Realizzare superfici con trame abbastanza piccole da essere rilevanti su scala cellulare non è facile, però. Così il team Brown si è rivolto a un tesoro del mondo nanotecnologico:il grafene, il nanomateriale di carbonio.
Per rendere le loro superfici strutturate, i ricercatori hanno utilizzato l'ossido di grafene disperso in una soluzione e tamponato su un substrato costituito da un materiale gommoso di silicio. Prima di applicare il grafene, la tensione viene applicata al substrato per allungarlo come un elastico. Quando il grafene si asciuga, la tensione viene rilasciata e il supporto torna alle sue dimensioni normali. Quando ciò accade, minuscole rughe - creste alte solo pochi micron e distanziate di pochi micron - si formano nello strato di grafene sopra il substrato.
La dimensione delle rughe può essere controllata dalla concentrazione della soluzione di grafene e dall'estensione dello stiramento del substrato. Una soluzione più concentrata aumenta la distanza tra le creste delle rughe. Più stretching aumenta l'altezza delle rughe.
I ricercatori della Brown University hanno sviluppato nuove superfici di grafene, progettato con piccole rughe, come ambienti per colture cellulari. Uno studio mostra che le cellule coltivate sulle superfici rugose sono cresciute in modo diverso rispetto a quelle su superfici piane. Credito:Wong Lab/Brown University
Parte della bellezza di queste superfici è la facilità con cui possono essere realizzate, dice Mehrdad Kiani, uno studente universitario Brown e membro del gruppo di ricerca.
"Altri metodi sono molto più laboriosi, " ha detto Kiani. "Con questo metodo, puoi prendere un lungo pezzo di substrato di gomma, allungalo, e metti molte goccioline contemporaneamente." Il lungo nastro può quindi essere tagliato in piccoli rettangoli, che può essere posizionato in piastre multipozzetto per esperimenti di laboratorio.
Una volta che avevano le loro superfici rugose, il passo successivo dei ricercatori è stato vedere se quelle rughe hanno influenzato la crescita delle cellule coltivate sulle superfici. In uno studio pubblicato di recente sulla rivista Carbonio , il team ha coltivato cellule di fibroblasti umani e di topo (cellule coinvolte nella guarigione delle ferite) su fogli piatti di grafene e su quelli rugosi. Lo studio ha rivelato importanti differenze nel modo in cui le cellule sono cresciute su ciascuna delle superfici.
"Sul grafene piatto, le cellule erano disorganizzate, multipolare e non allineato, " ha detto Evelyn Kendall Williams, un altro membro universitario del gruppo di ricerca. "Ma sulla superficie rugosa, le cellule erano allungate e altamente allineate lungo le rughe. Queste caratteristiche morfologiche sono più indicative di un fenotipo biologicamente rilevante".
Nel corpo, i fibroblasti crescono negli angoli e nelle fessure del tessuto connettivo. Tendono ad avere un lungo, aspetto esile simile all'aspetto delle cellule cresciute nelle rughe di grafene.
Avendo dimostrato che la loro superficie rugosa può influenzare la forma delle cellule, i ricercatori continueranno a fare esperimenti con rughe di diverse forme e dimensioni. Queste superfici lo rendono possibile perché le rughe stesse sono facilmente regolabili. "Pensiamo che questo sia un ottimo nuovo modo per capire come la crescita delle cellule è influenzata dal loro ambiente fisico, "Ha detto Wong.
Le superfici potrebbero essere utilizzate anche per testare farmaci in laboratorio, Wong dice, o forse come superfici biomimetiche per impalcature tissutali impiantabili o impianti neurali.
Il lavoro è stato il risultato della collaborazione tra il laboratorio di ingegneria biomedica di Wong e il laboratorio di Robert Hurt, professore di ingegneria alla Brown, che si concentra sui nanomateriali di carbonio.
"Questa è una nuova applicazione per il grafene, "Ha detto Hurt. "Stiamo appena iniziando a realizzare tutti i modi innovativi in cui è possibile utilizzare questo blocco di costruzione atomicamente sottile e flessibile per creare nuovi materiali e dispositivi".
