Une équipe de chercheurs américains a créé un système à base de nanoparticules permettant d’aligner des cellules humaines sous la forme de chaînes linéaires en réponse à un champ magnétique. Les chaînes de cellules pourraient servir à la création de tissus et d’organes humains. Cette recherche de la "Case Western Reserve University", la "Duke University" et l’"University of Massachusetts Amherst" sera publiée en mai dans le journal "Nanoletters".

Actuellement, les bioingénieurs font face au problème que pose la création de nouveaux tissus : obtenir des cellules humaines pour former des structures, mais aussi stimuler la croissance des vaisseaux sanguins pour nourrir le développment des structures formées. Pour guider la fabrication de ces dernières, ils utilisent des nanoparticules magnétiques placées soit à l’intérieur des cellules, soit à leur surface.

Les nanoparticules contenant du fer utilisées par les chercheurs sont suspendues dans un liquide : cette suspension est appelée ferrofluide [1]. Une des propriétés uniques des ferrofluides est qu’ils se magnétisent en présence d’un champ magnétique externe, ce qui permet aux chercheurs de manipuler facilement la formation de la chaîne de cellules en modifiant l’intensité du champ magnétique. A la fin du processus, les nanoparticules sont simplement extraites par lavage, laissant une chaîne linéaire de cellules.

Toutefois, "le fer contenu dans les nanoparticules peut être toxique pour les cellules. Et le processus d’élimination des nanoparticules peut être nocif pour les cellules et leur fonction" explique Randall Erb, qui étudie dans le laboratoire de Benjamin Yellen, professeur assistant en Génie Mécanique et Sciences des Matériaux, à la "Duke University’s Pratt School of Engineering". Les chercheurs ont donc mis au point des ferrofluides non toxiques en recouvrant les nanoparticules magnétiques avec de l’albumine de sérum bovin (ASB) [2]. Leur stratégie garde les cellules vivantes, en bonne santé et relativement intactes.

Les expériences ont été réalisées sur des cellules endothéliales humaines mises en présence de nanoparticules magnétiques et de ASB. Sous l’effet de champs magnétiques externes, les nanoparticules ont agi comme des chiens de berger et ont guidé les cellules flottantes dans le milieu à former des structures en chaîne. Les chercheurs ont montré que l’ASB a protégé les cellules endothéliales humaines de la toxicité du fer. "Bien qu’en phase précoce, l’étude a montré que nous pouvions former des structures cellulaires orientées", explique Eben Alsberg, assistant professeur en Génie Biomédical et en Chirurgie Orthopédique à la Case Western Reserve. La formation de configurations cellulaires alignées pourrait promouvoir ou accélérer la croissance de minuscules vaisseaux sanguins.

La prochaine étape pour les scientifiques consistera à étudier si la disposition spatiale de ces cellules en trois dimensions permet la formation de vaisseaux. Actuellement, l’un des principaux obstacles à l’ingénierie tissulaire est la vascularisation. Les chercheurs espèrent que leur technologie qui n’utilise pas d’équipements et de techniques sophistiqués pourra aider résoudre le problème.

[1] Les ferrofluides ou fluides magnétiques, sont des solutions colloïdales très stables constituées de nanoparticules solides ferromagnétiques en suspension dans un liquide porteur (solvant ou eau). La réponse magnétique d’un ferrofluide est due à l’interaction des particules magnétiques avec les molécules du liquide qui les entourent. Ces interactions sont suffisamment fortes pour que le comportement magnétique des particules se transmette à l’ensemble du liquide : celui-ci acquiert donc ainsi un comportement magnétique global et peut se déplacer et se déformer sous l’action d’un champ magnétique tout en restant monophasique.

[2] L’albumine de sérum bovin (ASB) est l’une des protéines extraites du sérum de bovin largement utilisé en laboratoire de biologie. Elle est par exemple utilisée comme nutriment dans les cultures de cellules. Elle a l’avantage de ne pas interférer avec les autres protéines, d’être stable, de ne pas avoir d’effets dans de nombreuses réactions biochimiques et d’avoir un faible coût ; elle est disponible très facilement et en grande quantité car elle provient du sang de bovin purifié qui est un sous-produit de l’industrie bovine.

Source :

– "New method for magnetic manipulation of cells" – Physorg – 06/04/2009 – https://www.physorg.com/news158252321.html
– "Ferrofluides" – Sciences magiques – Université de Montpellier 2 – https://www.magique.univ-montp2.fr/Ferrofluides.htm
– "Albumine de sérum bovin" – Wikipédia – https://fr.wikipedia.org/wiki/Albumine_de_srum_bovin

Rédacteur :

Alexandre Touvat ([email protected])