Assessing electrically conductive polymers for the manufacture of substrates for neural stem cells culture

The ability to culture and differentiate neural stem cells (NSCs) to generate functional neural populations is attracting increasing attention for its potential to enable cell-therapies to treat neurodegenerative disorders, such as Parkinson desease. Recent studies proved that the electrical stimulation improves neuronal differentiation in stem cells populations; to develop electroconductive biocompatible materials is a cue of increasing importance in the areas of tissue engineering and regenerative medicine. In this thesis work, we have been studying the use of conjugated polymer poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) for the manufacture of conductive substrates to cultivate and/or differentiate NSCs using electrical stimulation. To better reproduce the natural 3D environment, polybenzilimidazole (PBI) was electrospun to provide a electrically conductive, thermal stable and biocompatible mesh of nanometric fibers, that was then coated with PEDOT:PSS to enhance the electrical conductivity. Our findings suggest that the assessed polymeric substrates exhibit adequate physicochemical properties and a good biocompatibility that promote cell attachment and proliferation. Moreover, our results indicate that, the application of pulsed DC electric field (EF) of 1 V/cm for 12 days consent to obtain functional early differentiated neurons.

La capacità di coltivare e differenziare cellule staminali neuronali (NSCs) per generare popolazioni di neuroni funzionali sta attraendo crescente attenzione per il suo potenziale nel consentire terapie cellulari al fine di trattare malattie neurodegenerative, come il morbo di Parkinson. Recenti studi hanno provato che la stimulazione elettrica aumenta la differenziazione neuronale in popolazioni di cellule staminali; sviluppare materiali elettroconduttivi biocompatibili è una strategia che sta acquisendo crescente importanza nelle aree dell’Ingegneria dei Tessuti e della Medicina Rigenerativa. In questo progetto di tesi, abbiamo studiato l’ultilizzo del polimero coniugato poli(3,4-etilendiossitiofene) dopato con polistirensulfonato (PEDOT:PSS) per realizzare substrati conduttivi per coltivare e/o differenziare NSCs usando una stimolazione elettrica. Al fine di riprodurre meglio l’ambiente 3D naturale, il polimero polybenzilimidazolo (PBI) è stato elettrofilato per ottenere una mesh di fibre nanometriche, elettricamente conduttive, termicamente stabili e biocompatibili, su cui è stato poi effettuato un coating di PEDOT:PSS per aumentarne la conduttività elettrica. I nostri risultati suggeriscono che i substrati realizzati esibiscano adeguate caratteristiche chimico-fisiche e una buona biocompatibilità per promuovere l’adesione cellulare e la proliferazione. Inoltre, i nostri risultati indicano che l’applicazione di un campo elettrico pulsante in corrente cotinua (DC) dell’intensità di 1V/cm per 12 giorni consenta di ottenere popolazioni di neuroni funzionali ai primi stadi di differenziazione.