Élastomères magnéto-rhéologiques microstructurés pour entraîner des changements dans l’alignement des cardiomyocytes

Nous étudions comment les cardiomyocytes réagissent aux changements dynamiques et réversibles de leur environnement mécanique, en imitant les fluctuations de raideur et de structure qu’ils expérimentent in vivo. Depuis l’introduction de la MRE, nous avons publié plusieurs études importantes en cardiologie. En utilisant ces matériaux, nous avons constaté que l’hypertrophie due à la rigidité chez les cardiomyocytes adultes dépend des réseaux de microtubules.

Plus récemment, nous avons découvert davantage d’informations sur la mémoire mécanique chez les fibroblastes cardiaques et les cardiomyocytes dérivés de l’iPSC. Le meilleur dans l’utilisation des élastomères magnétorhéologiques est leur simplicité. Nos protocoles sont aussi simples que cela puisse en paraître, juste une combinaison de produits prêts à l’emploi qui travaillent ensemble pour créer quelque chose de puissant.

C’est une approche facile à utiliser qui rend la science de pointe accessible à tous. Cela a ouvert la voie à des modèles de maladies plus réalistes, en particulier pour des affections comme l’insuffisance cardiaque, où la mécanique des tissus évolue constamment. Elle aide également les chercheurs à concevoir des biomatériaux plus intelligents, très ajustables, dynamiques et réversibles.

Notre équipe s’est principalement concentrée sur les maladies cardiaques, mais récemment nous avons élargi la plage dynamique la plus rigide de nos MRE, passant de seulement 5 kilopascals à jusqu’à 400 kilopascals. Cette avancée nous ouvre la porte pour étendre nos recherches et collaborer sur d’autres organes au-delà du cœur. Pour commencer, mélangez la base et l’agent de durcissement dans un ratio de 10 pour 1 afin de préparer 10 grammes de 184 polydiméthylsiloxane, ou PDMS.

Verser cinq grammes des 184 PDMS dans une boîte de Petri de 35 millimètres. Ensuite, placez le plat dans un dessiccateur et dégazez pendant environ cinq à dix minutes jusqu’à ce que toutes les bulles soient dissipées. Laissez 184 PDMS durcir partiellement pendant 30 minutes au four à 60 degrés Celsius.

Quand il reste cinq minutes pour le durcissement de la séchage, appliquez une fine couche supplémentaire de 184 PDMS sur la surface du réseau de diffraction. Placez-le dans un dessiccateur pour dégazer pendant environ cinq minutes. Maintenant, retirez la boîte de Petri de 35 millimètres contenant les 184 PDMS partiellement durcis du four.

Inversez le réseau de diffraction avec le PDMS sur les 184 PDMS partiellement durcis dans l’antenne. Appuyez légèrement sur le réseau de diffraction jusqu’à ce qu’une petite quantité de PDMS l’entoure. Utilisez les 184 PDMS non durcis restants pour remplir le plat autour de la grille afin qu’il reste en place pendant le séchage.

Ensuite, placez le plat dans un four réglé à 60 degrés Celsius pendant 1,5 heure. Après la séchage, retirez le plat avec la râpe du four. Utilisez un scalpel pour marquer autour du réseau de diffraction.

Appliquez une petite quantité d’alcool isopropylique pour pénétrer sous le réseau de diffraction. Retirez la grille du PDMS dans la direction parallèle aux motifs. Retirez tout excès de PDMS, ne laissant que la section à motifs intacte.

Ensuite, découpez le tampon PDMS à la taille souhaitée. Marquez la direction du motif sur la plaque MRE. Pour enduire le timbre de silane, placez le timbre fabriqué 184 PDMS à l’intérieur d’un nettoyeur plasma à oxygène, la surface à motif étant orientée vers le haut.

Traiter la surface avec 45 watts de plasma oxygène pendant 30 secondes. Placez les 184 tampons PDMS traités dans un dessiccateur positionné dans une hotte à fumée. Maintenant, arrache le couvercle d’un tube de microcentrifuge.

Placez le couvercle du tube de la microcentrifugeuse à côté des tampons PDMS à l’intérieur du dessiccateur. Pipeter 20 microlitres de silane au couvercle du tube de la microcentrifuge. Fermez le dessiccateur et aspirez un vide pour initier le revêtement de vapeur.

Pour la préparation de l’ERM, mesurez la quantité désirée de diluant silicone et d’élastomère ECO partie B. Mélangez-les à 2 500 tours par minute dans un mélangeur rapide pendant une minute. Ajoutez la partie A de l’élastomère ECO et des particules de fer carbonile au mélange, puis mélangez à nouveau à 2 500 tours par minute pendant une minute. À l’aide d’une pipette de transfert avec la pointe coupée, dispensez cinq grammes du mélange MRE dans une nouvelle boîte de Petri de 35 millimètres.

Dégazez dans un dessiccateur pendant environ cinq minutes, puis séchez partiellement pendant 10 minutes au four à 60 degrés Celsius. Quand il reste cinq minutes pour le durciment, utilisez une pipette de transfert pour ajouter de l’ERM non durcie afin de simplement recouvrir la surface à motif du tampon PDMS. Placez le tampon enduit dans un dessiccateur pour dégazer pendant cinq minutes.

Retirez la plaque MRE partiellement durcie du four. À l’aide de pinces, retournez le tampon enduit face vers le bas sur la surface de l’IRM et appuyez légèrement. Marquez la direction du motif sur la plaque MRE.

Remettez l’assemblage au four à 60 degrés Celsius pendant 25 minutes supplémentaires. Une fois le matériau complètement durci, utilisez un scalpel pour marquer l’ERM au bord inférieur du timbre dans une direction perpendiculaire aux lignes du motif. Appliquez une petite quantité d’alcool isopropylique sur la zone de découpe autour du tampon.

Ensuite, utilisez des pinces pour retirer le tampon PDMS de l’ERM dans la direction parallèle à celle du motif. Stérilisez la surface de l’IRM en lavant trois fois avec de l’éthanol à 70 % et laissez reposer le troisième lavage pendant 20 minutes. Ensuite, lavez la surface de l’IRM trois fois avec du PBS stérile.

Enduire la surface de l’ERM avec 10 microgrammes par millilitre de fibronectine contenant du PBS contenant du magnésium et du calcium pendant une heure à 37 degrés Celsius pour favoriser l’adhésion cellulaire au dispositif. Enfin, lavez la surface de l’ERM trois fois avec du PBS contenant du magnésium et du calcium, et semez les cardiomyocytes néonatals du rat à une densité de 20 000 cellules par centimètre carré. La fidélité du transfert de micromotifs du moule maître au substrat MRE est démontrée dans cette figure grâce à des profils de hauteur normalisés et des mesures quantitatives de la hauteur et de la hauteur des caractéristiques.

La comparaison du profil X a montré que le profil de hauteur de caractéristique normalisé de l’ERM suivait de près celui du moule maître, bien que des hauteurs de pointe légèrement réduites et des formes de caractéristiques plus larges. La hauteur moyenne du substrat MRE était d’environ 10 micromètres et n’était pas significativement différente de celle du moule maître. La hauteur moyenne des caractéristiques sur le substrat MRE était significativement inférieure à celle du moule maître, avec des valeurs moyennes de 3,81 micromètres et 5,49 micromètres respectivement.