Conduit nerveux conducteur doté de propriétés piézoélectriques pour une différenciation améliorée du PC12

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12004 (2023) Citer cet article

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La restauration du tissu nerveux reste un défi majeur, principalement en raison de la capacité limitée de régénération du système nerveux et du développement de la fibrose. Cette limitation nécessite la conception d’un nouveau canal de guidage nerveux pour favoriser la réparation nerveuse. Dans cette étude, nous avons développé un nouveau conduit noyau/coque pour induire la différenciation PC12. La méthode de co-électrofilage a été utilisée pour produire une coque fibreuse contenant du polycaprolactone/fluorure de polyvinylidène PCL/PVDF, de la gélatine et un nanocomposite polyaniline/graphène (PAG). La section centrale du conduit était remplie d'hydrogel chitosane-gélatine contenant des nanoparticules de PAG et de ZnO. Un tel conduit présente une activité antibactérienne, une conductivité électrique et une propriété piézoélectrique. L'effet d'un tel conduit modifié sur la différenciation de PC12 a été étudié en analysant les marqueurs de différenciation Nestin et la protéine 2 associée aux microtubules (MAP2) par des techniques d'immunocytochimie et de PCR-RT. Le résultat a révélé qu’un tel conduit pourrait induire de manière significative l’expression des gènes Nestin et MAP2 dans les cellules PC12 et constitue donc une option viable pour une différenciation cellulaire et une régénération nerveuse efficaces.

Après une blessure, le système nerveux a une capacité intrinsèquement limitée à se régénérer1,2. Les conduits de guidage nerveux (NGC) issus de l'ingénierie tissulaire sont apparus comme une alternative prometteuse aux greffes pour réparer les tissus nerveux endommagés3,4. Pour fabriquer du NGC avec une structure similaire à la membrane extracellulaire (ECM), les propriétés physicochimiques, mécaniques et biologiques des matériaux telles que la biocompatibilité, la biodégradabilité, les propriétés mécaniques, le gonflement et l'inflammation minimaux ainsi que la conduction nerveuse souhaitable sont importantes4,5,6. Au-delà de diverses techniques signalées telles que l'impression 3D7, le moussage gazeux, la lyophilisation5, l'électrofilage est une approche rentable pour la production de structures fibreuses et poreuses qui pourraient imiter l'ECM7,8,9 et fournir suffisamment d'espace pour la croissance et la prolifération des cellules10. La polycaprolactone (PCL) en tant que polymère biocompatible de nature semi-cristalline assure l'intégrité structurelle et la stabilité mécanique de l'échafaudage en ingénierie tissulaire8,11. La gélatine est un biopolymère naturel largement exploité dans la fabrication d'échafaudages en raison de sa haute biodégradabilité, de sa biocompatibilité et de sa grande adhésion cellulaire12,13. Ainsi, il peut être utilisé pour améliorer la faible hydrophilie et l’absence de sites de fixation cellulaire du PCL8,11. Le chitosane (CS), dérivé de la désacétylation de la chitine, possède une biocompatibilité et une activité antibactérienne14,15. Compte tenu des caractéristiques de la gélatine, le mélange de chitosane avec de la gélatine compense le manque de bioactivité du chitosane16.

De nombreux efforts de recherche ont révélé le rôle efficace de la force électrique sur l’adhésion cellulaire, la prolifération, la différenciation et la migration des cellules nerveuses8,14. La polyaniline (PANI) présente une résistance chimique et thermique élevée ainsi qu'une conductivité importante. Le graphène avec une seule feuille atomique sp2 liée au carbone a reçu plus d'attention en matière de conductivité électrique14. Il a été démontré que le nanocomposite polyaniline/graphène (PAG) a une conductivité supérieure à celle du PANI8,17, ce qui pourrait être bénéfique pour la croissance et la différenciation neuronale5,6,18. Le PAG avec une conductivité électrique élevée et une excellente stabilité chimique a été appliqué dans la fabrication de conduits conducteurs. Boroojeni et coll. incorporé un nanocomposite PAG dans des nanofibres de gélatine pour conférer à l'échafaudage des propriétés conductrices, qui ressemblent au comportement conducteur des axones . Mohammadi et coll. a déclaré qu'un conduit PCL/gélatine conducteur nerveux électrofilé multicanal contenant 2 % en poids. Le PAG était le plus favorable à la croissance cellulaire8. Soleimani et coll. ont déclaré que les nanoparticules de PAG pourraient améliorer l’adhésion et la croissance cellulaires sur un échafaudage à base de chitosane/gélatine6. Bayat et coll. exprimé le rôle positif de la conductivité pour la stimulation et la croissance cellulaires par l'incorporation de PAG au canal de guidage de l'alginate5.