Med hjälp av en teknik som introducerar små rynkor i ark av grafen, forskare från Brown University har utvecklat nya texturerade ytor för att odla celler i labbet som bättre efterliknar den komplexa omgivningen där celler växer i kroppen.

"Vi vet att celler formas av sin omgivning, " sa Ian Y. Wong, biträdande professor i teknik och en av studiens författare. "Vi har visat att du kan skapa texturerade miljöer för cellodling ganska enkelt med grafen."

Traditionellt, cellodling i labbet har gjorts i petriskålar och på andra plana ytor. Men i kroppen, celler växer i betydligt mer komplexa miljöer. Forskning har visat att en cells fysiska omgivning kan påverka dess form, fysiologi, och till och med uttrycket av dess gener. Det har fått forskare under det senaste decenniet eller så att leta efter sätt att odla celler i laboratoriemiljöer som är lite mer komplexa.

Att göra ytor med texturer tillräckligt små för att vara relevanta i cellskala är inte lätt, dock. Så Brown-teamet vände sig till en älskling i nanoteknikvärlden:grafen, kolnanomaterialet.

För att göra sina strukturerade ytor, forskarna använde grafenoxid dispergerad i en lösning och duttades på ett substrat tillverkat av ett gummiartat kiselmaterial. Innan du applicerar grafen, spänning appliceras på underlaget för att sträcka ut det som ett gummiband. När grafenet torkar, spänningen släpps och substratet snäpper tillbaka till sin normala storlek. När det händer, små rynkor – åsar bara några mikrometer höga och med några mikrometers avstånd – bildas i grafenskiktet ovanpå substratet.

Storleken på rynkorna kan styras av koncentrationen av grafenlösningen och omfattningen av substratsträckningen. En mer koncentrerad lösning ökar avståndet mellan rynkkanterna. Mer stretching ökar höjden på rynkorna.

En del av skönheten med dessa ytor är den lätthet med vilken de kan tillverkas, säger Mehrdad Kiani, en brun student och medlem av forskargruppen.

"Andra metoder är mycket mer arbetskrävande, " sa Kiani. "Med den här metoden, du kan ta en lång bit gummisubstrat, sträck ut det, och placera många droppar på en gång." Det långa bandet kan sedan skäras till små rektanglar, som kan placeras i flerbrunnsplattor för labbexperiment.

När de väl hade sina skrynkliga ytor, forskarnas nästa steg var att se om dessa rynkor påverkade tillväxten av celler som odlades på ytorna. I en studie publicerad nyligen i tidskriften Kol , teamet odlade fibroblastceller från människor och mus (celler involverade i sårläkning) på platta grafenark och på skrynkliga. Studien avslöjade stora skillnader i hur celler växte på var och en av ytorna.

"På den platta grafenen, cellerna var oorganiserade, multipolär och inte justerad, " sa Evelyn Kendall Williams, ytterligare en medlem i forskargruppen. "Men på den skrynkliga ytan, cellerna var långsträckta och högt inriktade längs rynkorna. Dessa morfologiska egenskaper är mer indikativa för en biologiskt relevant fenotyp."

I kroppen, fibroblaster växer i vinklar och vrår av bindväv. De tenderar att ha en lång, spinkigt utseende som liknar utseendet på cellerna som växte i grafenrynkorna.

Efter att ha visat att deras skrynkliga yta kan påverka formen på celler, forskarna kommer att fortsätta att göra experiment med rynkor i olika former och storlekar. Dessa ytor gör det möjligt eftersom rynkorna i sig är lätta att justera. "Vi tror att detta är ett fantastiskt nytt sätt att förstå hur cellers tillväxt påverkas av deras fysiska omgivning, " sa Wong.

Ytorna kan också användas för att testa läkemedel i labbet, Wong säger, eller kanske som biomimetiska ytor för implanterbara vävnadsställningar eller neurala implantat.

Arbetet var resultatet av samarbete mellan Wongs biomedicinska ingenjörslabb och Robert Hurts labb, professor i teknik vid Brown, som fokuserar på kolnanomaterial.

"Detta är en ny applikation för grafen, " Sa Hurt. "Vi har precis börjat inse alla innovativa sätt man kan använda denna atomiskt tunna och flexibla byggsten för att göra nya material och anordningar."