Met behulp van een techniek die kleine kreukels introduceert in vellen grafeen, onderzoekers van Brown University hebben nieuwe gestructureerde oppervlakken ontwikkeld voor het kweken van cellen in het laboratorium die de complexe omgeving waarin cellen in het lichaam groeien beter nabootsen.

"We weten dat cellen gevormd worden door hun omgeving, " zei Ian Y. Wong, assistent-professor in de techniek en een van de auteurs van de studie. "We hebben aangetoond dat je met grafeen vrij eenvoudig getextureerde omgevingen voor celcultuur kunt maken."

traditioneel, celkweek in het laboratorium is gedaan in petrischalen en op andere vlakke oppervlakken. Maar in het lichaam cellen groeien in aanzienlijk complexere omgevingen. Onderzoek heeft aangetoond dat de fysieke omgeving van een cel de vorm, fysiologie, en zelfs de expressie van zijn genen. Dat heeft ertoe geleid dat wetenschappers in de afgelopen tien jaar op zoek zijn gegaan naar manieren om cellen te kweken in laboratoriumomgevingen die wat complexer zijn.

Het is niet eenvoudig om oppervlakken te maken met texturen die klein genoeg zijn om relevant te zijn op celschaal. echter. Dus het Brown-team wendde zich tot een lieveling van de nanotech-wereld:grafeen, het koolstof nanomateriaal.

Om hun gestructureerde oppervlakken te maken, de onderzoekers gebruikten grafeenoxide gedispergeerd in een oplossing en gedept op een substraat gemaakt van een rubberachtig siliciummateriaal. Voordat u het grafeen aanbrengt, er wordt spanning op het substraat uitgeoefend om het uit te rekken als een rubberen band. Als het grafeen opdroogt, de spanning wordt opgeheven en het substraat springt terug naar zijn normale grootte. Wanneer dat gebeurt, kleine rimpels - ribbels van slechts een paar micron hoog en een paar micron uit elkaar - vormen in de grafeenlaag bovenop het substraat.

De grootte van de rimpels kan worden geregeld door de concentratie van de grafeenoplossing en de mate van uitrekken van het substraat. Een meer geconcentreerde oplossing vergroot de afstand tussen de rimpelruggen. Meer rekken verhoogt de hoogte van de rimpels.

Een deel van de schoonheid van deze oppervlakken is het gemak waarmee ze kunnen worden gemaakt, zegt Mehrdad Kiani, een Brown-student en lid van het onderzoeksteam.

"Andere methoden zijn veel arbeidsintensiever, " zei Kiani. "Met deze methode, je kunt een lang stuk rubbersubstraat nemen, rek het uit, en plaats veel druppels tegelijk." Het lange lint kan dan in kleine rechthoeken worden gesneden, die in multiwell-platen kunnen worden geplaatst voor laboratoriumexperimenten.

Zodra ze hun gerimpelde oppervlakken hadden, de volgende stap van de onderzoekers was om te zien of die rimpels de groei van cellen die op de oppervlakken werden gekweekt, beïnvloedden. In een onderzoek dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd: Koolstof , het team kweekte fibroblastcellen van mens en muis (cellen die betrokken zijn bij wondgenezing) op platte grafeenvellen en op gerimpelde. De studie bracht grote verschillen aan het licht in hoe cellen op elk van de oppervlakken groeiden.

"Op het platte grafeen, de cellen waren ongeorganiseerd, multipolair en niet uitgelijnd, " zei Evelyn Kendall Williams, een ander niet-gegradueerd lid van het onderzoeksteam. "Maar op het gerimpelde oppervlak, de cellen waren langwerpig en sterk uitgelijnd langs de rimpels. Deze morfologische kenmerken zijn meer indicatief voor een biologisch relevant fenotype."

In het lichaam, fibroblasten groeien in de hoeken en gaten van het bindweefsel. Ze hebben de neiging om een ​​lange, spichtig uiterlijk vergelijkbaar met het uiterlijk van de cellen die in de grafeenrimpels groeiden.

Nadat ze hebben aangetoond dat hun gerimpelde oppervlak de vorm van cellen kan beïnvloeden, de onderzoekers blijven experimenteren met rimpels in verschillende vormen en maten. Deze oppervlakken maken dat mogelijk omdat de rimpels zelf gemakkelijk af te stemmen zijn. "We denken dat dit een geweldige nieuwe manier is om te begrijpen hoe de groei van cellen wordt beïnvloed door hun fysieke omgeving, ' zei Wong.

De oppervlakken kunnen ook worden gebruikt om medicijnen in het laboratorium te testen, Wong zegt, of misschien als biomimetische oppervlakken voor implanteerbare weefselsteigers of neurale implantaten.

Het werk was het resultaat van een samenwerking tussen Wong's biomedische engineering lab en het lab van Robert Hurt, hoogleraar techniek aan Brown, die zich richt op koolstof nanomaterialen.

"Dit is een nieuwe toepassing voor grafeen, Hurt zei. "We beginnen net alle innovatieve manieren te beseffen waarop je deze atomair dunne en flexibele bouwsteen kunt gebruiken om nieuwe materialen en apparaten te maken."