J’ai trouvé un nouvel article sur la médecine régénératrice et les Nano-technologie favorable dans la différenciation, le guidage et donc la survie des cellules souches.
Présentation du projet de Samuel Stupp :
27 Mars 2008
EVANSTON, Illinois --- Imaginez avoir un polymère et une petite molécule qui se réunissent immédiatement dans un sac flexible mais fort dans lequel vous pouvez cultiver des cellules souches humaines, créant une sorte de laboratoire miniature. Et ce sac, si utilisé pour la thérapie cellulaire, pourrait masquer les cellules souches du système immunitaire du corps humain et en se dégradant en parvenant à sa destination, sortant les cellules souches pour faire leur travail.
Futuriste ? Seulement en partie. Une équipe de recherche de l'Institut de l'Université Nord-ouest de Bio Nanotechnologie pour la Médecine à créé de tels sacs et a manifesté que des cellules souches humaines grandiront en eux. Les chercheurs annoncent aussi que les sacs peuvent survivre pendant des semaines dans la culture et que leurs membranes sont perméables aux protéines. Les protéines, même grandes, peuvent voyager librement à travers la membrane.
Ce mode nouveau et inattendu d'auto assemblage, est publié le 28 mars dans le journal la Science, peut aussi produire des films minces dont la taille et la forme peuvent être façonnés. La méthode tient la promesse pour l'utilisation dans la thérapie cellulaire et d'autres applications biologiques aussi bien que dans la conception de dispositifs électroniques par l'auto assemblage, comme des cellules solaires et la conception de nouveaux matériaux.
"Nous avons commencé par deux molécules intéressantes, dissous dans l'eau et avons fusionné les deux solutions ensembles," a dit Samuel I. Stupp, le Professeur du Conseil d'administration des Science de Matériaux et de l'Ingénierie, la Chimie et la Médecine, qui a mené la recherche.
"Nous nous sommes attendus à ce qu'ils se soient mélangés, mais, à notre grande surprise, ils ont formé une membrane solide immédiatement sur le contact. C'était une découverte passionnante et nous avons alors continué à examiner pourquoi c'est arrivé. La compréhension de ce mécanisme moléculaire surprenant était encore plus passionnante. "
Une des molécules est un peptide amphiphile (PA), des petites molécules synthétiques que Stupp a d'abord développé il y a sept ans, qui a été essentiel dans son travail sur la médecine régénératrice. L'autre molécule est le biopolymer hyaluronic l'acide (HA), qui est aisément trouvé dans le corps humain, à des endroits comme des joints et le cartilage. Stupp avait récemment commencé de nouvelles recherches sur la médecine régénératrice de cartilage, qui l'a extrait de acide hyaluronic.
"C'est un exemple clair d'une découverte informelle," a dit Stupp, le directeur de l'Institut pour Bio Nanotechnologie dans la Médecine. "Nous savions qu'il y avait quelque chose d'intéressant à propos de l'interaction entre le peptide amphiphiles et biopolymer de notre travail précédent sur les nano structures qui peut causer que des vaisseaux sanguins grandissent. Et nous avons été particulièrement intéressés par l'acide hyaluronic à cause de son rôle dans le cartilage,un tissu que les adultes ne peuvent pas régénérer et, quand endommagé dans des articulations, causant du chagrin aux gens. "
En utilisant juste ces deux molécules, Stupp et son équipe peuvent rendre beaucoup de structures différentes, les deux les plus importants étant des sacs, qui ont une membrane solide sur l'extérieur et liquide à l'intérieur et les membranes plates de n'importe quelle forme. Les chercheurs peuvent faire les structures grandes ou petites, prendre la matière avec des pincettes, le tendre et même réparer facilement les sacs par l'auto assemblage devrait être un pour matériel les déchirures ou d’autres pathologies. Les sacs sont aussi assez robustes pour être suturé par des chirurgiens sur des tissus biologiques.
Les molécules du grand acide hyaluronic et du petit peptide amphiphile viennent ensemble par des interactions supra-molecular, pas par la réaction chimique, dans lesquelles les liens covalents sont formés.
Dans le cas de la membrane plate, les chercheurs mettent la solution peptidique amphiphile au fond d'un moule peu profond et ont ajouté au sommet la solution acide hyaluronic. Les deux ont agi réciproquement sur le contact, créant des solides. En variant le moule, les chercheurs ont produit une variété de formes, y compris des étoiles, des triangles et des hexagones, chaque ayant deux surfaces chimiquement différentes. Quand les matériaux ont séchés, ils sont devenus raides et forts, comme le plastique.
En créant un sac, les chercheurs ont profité du fait que les molécules acides hyaluroniques (HA) sont plus grandes et plus lourdes que les molécules du petit peptide amphiphile (PA). Dans une fiole profonde, ils ont versé la solution PA et dans celle de la solution HA. Comme les molécules plus lourdes ont coulé, les molécules plus légères les ont engloutis, créant un sac fermé avec la solution HA prise au piège à l'intérieur de la membrane.
Ayant formé les sacs, Stupp et son équipe a ensuite étudié des cellules souches humaines englouties par le processus d'auto assemblage à l'intérieur des sacs qu'ils ont placés dans la culture. Les chercheurs ont constaté que les cellules sont restées viables pour jusqu'à quatre semaines, qu'une grande protéine - un facteur de croissance important dans la signalisation de cellules souches - pourrait traverser la membrane et que les cellules souches étaient capables de se différencier.
"Nous nous attendons à ce que les gènes, siRNAs et des anticorps croisent traversent les membranes aussi, faisant ce mini laboratoire de biologie cellulaire un dispositif puissant pour la recherche ou des thérapies," a dit Stupp. "Pour le développement de thérapies de cancer, nous serons capables de confiner des cellules dans les sacs et étudierons leur réaction aux différents types de thérapies aussi bien qu'à la signalisation par des cellules différentes dans des sacs voisins."
À une démonstration intelligente d'auto-réparation, si la membrane du sac avait un trou (d'une injection d'aiguille, par exemple), les chercheurs ont simplement à placer une goutte de la solution PA sur la déchirure, qui a agi réciproquement avec HA à l'intérieur, aboutissant à l'auto assemblage et au trou scellé.
"La membrane est une structure fascinante et inhabituelle avec un haut degré d'ordre hiérarchique," a dit Stupp. "La membrane grandit par un processus d'auto assemblage dynamique qui produit un nanofibre hybride composé des deux molécules et orientée perpendiculairement au plan de la membrane. Cette architecture est très difficile à avoir spontanément dans des matières. En utilisant la chimie juste, la structure épaisse de membrane pourrait être conçue pour obtenir les conduits de charge dans des cellules solaires ou les colonnes nanoscale de nano structures catalytique qui s'étendraient sur des dimensions macroscopiques arbitraires. "
Tandis que le sous-jacent, la structure fortement commandée par ces sacs et ces membranes a des dimensions sur le nanoscale, les sacs et les membranes eux-mêmes peuvent être de n'importe quelle dimension et sont visibles à l'oeil nu.
L'article de Science est intitulé "Self-Assembly of Large and Small Molecules into Hierarchically Ordered Sacs and Membranes." En plus de Stupp, d'autres auteurs que sont le M Ramille. Capito (chef auteur), Yuri S. Velichko et Alvaro Mata, de tout l’institut Northwestern pour Bio Nanotechnologie dans Médecine (IBNAM); et Hélène S. Azevedo, d'IBNAM et l'Université de Minho, le Portugal.
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:arrow: TEXTE ORIGINAL EN ANGLAIS
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March 27, 2008
EVANSTON, Ill. --- Imagine having one polymer and one small molecule that instantly assemble into a flexible but strong sac in which you can grow human stem cells, creating a sort of miniature laboratory. And that sac, if used for cell therapy, could cloak the stem cells from the human body’s immune system and biodegrade upon arriving at its destination, releasing the stem cells to do their work.
Futuristic? Only in part. A research team from North-western University’s Institute for Biotechnology in Medicine has created such sacs and demonstrated that human stem cells will grow in them. The researchers also report that the sacs can survive for weeks in culture and that their membranes are permeable to proteins. Proteins, even large ones, can travel freely across the membrane.
This new and unexpected mode of self-assembly, to be published March 28 in the journal Science, also can produce thin films whose size and shape can be tailored. The method holds promise for use in cell therapy and other biological applications as well as in the design of electronic devices by self-assembly, such as solar cells, and the design of new materials.
“We started with two molecules of interest, dissolved in water, and brought the two solutions together,” said Samuel I. Stupp, Board of Trustees Professor of Materials Science and Engineering, Chemistry and Medicine, who led the research.
“We expected them to mix, but, much to our surprise, they formed a solid membrane instantly on contact. This was an exciting discovery, and we then proceeded to investigate why it happened. Understanding the surprising molecular mechanism was even more exciting.”
One of the molecules is a peptide amphiphile (PA), small synthetic molecules that Stupp first developed seven years ago, which have been essential in his work on regenerative medicine. The other molecule is the biopolymer hyaluronic acid (HA), which is readily found in the human body, in places like joints and cartilage. Stupp recently had started a new research project on the regenerative medicine of cartilage, which drew him to hyaluronic acid.
“This is a clear example of informed discovery,” said Stupp, director of the Institute for Bio Nanotechnology in Medicine. “We knew there was something interesting about the interaction between peptide amphiphiles and biopolymers from our previous work on nanostructures that can cause blood vessels to grow. And we were particularly interested in hyaluronic acid because of its role in cartilage, a tissue that adults cannot regenerate and, when damaged in joints, causes grief to humans.”
Using just these two molecules, Stupp and his team can make many different structures, the two most important being sacs, which have a solid membrane on the outside and liquid inside, and flat membranes of any shape. The researchers can make the structures large or small, pick up the material with tweezers, stretch it and even easily repair the sacs through self-assembly should the material tear or have some other defect. The sacs also are robust enough to be sutured by surgeons to biological tissues.
The large (hyaluronic acid) and small (peptide amphiphile) molecules come together through supramolecular interactions, not by chemical reaction, in which covalent bonds are formed.
In the case of the flat membrane, the researchers put the peptide amphiphile solution at the bottom of a shallow mold and added on top the hyaluronic acid solution. The two interacted on contact, creating a solid. By varying the mold, the researchers produced a variety of shapes, including stars, triangles and hexagons, each having two chemically different surfaces. When dry, the materials are stiff and strong, like plastic.
In creating a sac, the researchers took advantage of the fact that hyaluronic acid (HA) molecules are larger and heavier than the smaller peptide amphiphile (PA) molecules. In a deep vial, they poured the PA solution and into that poured the HA solution. As the heavier molecules sank, the lighter molecules engulfed them, creating a closed sac with the HA solution trapped inside the membrane.
Having formed the sacs, Stupp and his team next studied human stem cells engulfed by the self-assembly process inside sacs that they placed in culture. The researchers found that the cells remained viable for up to four weeks, that a large protein -- a growth factor important in the signaling of stem cells -- could cross the membrane, and that the stem cells were able to differentiate.
“We expect that genes, siRNAs and antibodies will cross the membranes as well, making this mini cell biology lab a powerful device for research or therapies,” said Stupp. “For the development of cancer therapies, we will be able to confine cells within the sacs and study their reaction to different types of therapies as well as to signaling by different cells in neighboring sacs.”
In a clever demonstration of self-repair, if the sac’s membrane had a hole (from a needle injection, for example), the researchers simply placed a drop of the PA solution on the tear, which interacted with the HA inside, resulting in self-assembly and a sealed hole.
“The membrane is a fascinating and unusual structure with a high degree of hierarchical order,” said Stupp. “The membrane grows through a dynamic self-assembly process which generates hybrid nanofibers made up of both molecules and oriented perpendicular to the plane of the membrane. This architecture is very difficult to get spontaneously in materials. Using the right chemistry, the thick membrane structure could be designed to get conduits of charge in solar cells or nanoscale columns of catalytic nanostructures that would extend over arbitrary macroscopic dimensions.”
While the underlying, highly ordered structure of the sacs and membranes has dimensions on the nanoscale, the sacs and membranes themselves can be of any dimension and are visible to the naked eye.
The Science paper is titled “Self-Assembly of Large and Small Molecules into Hierarchically Ordered Sacs and Membranes.” In addition to Stupp, other authors are Ramille M. Capito (lead author), Yuri S. Velichko and Alvaro Mata, all of Northwestern’s Institute for Bio Nanotechnology in Medicine (IBNAM); and Helena S. Azevedo, of IBNAM and the University of Minho, Portugal.
The research was supported by the U.S. Department of Energy, the National Institutes of Health and the National Science Foundation.
Source :
http://www.northwestern.edu/newscenter/stories/2008/03/selfassembledsacs.html
