Efeito da energia de superfície e rugosidade na adesão e crescimento celular – modificação de superfície fácil para melhor cultura celular

Em vitro, o processamento celular em superfícies poliméricas é fundamental para o desenvolvimento de biossensores, andaimes para engenharia de tecidos e transplante. No entanto, o efeito da energia de superfície e da rugosidade na interação célula-superfície permanece inconclusivo, indicando uma falta de compreensão completa do fenômeno. Aqui, estudamos o efeito da energia de superfície (E s) e da razão de rugosidade (r) de um substrato de polidimetilsiloxano (PDMS) na adesão, crescimento e proliferação celular. Consideramos duas linhagens celulares diferentes, HeLa e MDA MB 231, e superfícies rugosas de PDMS com diferentes energias de superfície na faixa de E s = 21-100 mJ m-2, correspondendo a WCA 161°-1°, e razão de rugosidade na faixa de r = 1.05-3, correspondendo a rugosidade de 5-150 nm. Encontramos que o processo de adesão celular ocorre através de três estágios diferentes marcados por um aumento no número de células aderidas com o tempo (estágio I), achatamento das células (estágio II) e alongamento das células (III) na superfície. Nosso estudo revela que energia de superfície moderada (E s ≈ 70 mJ m-2) e razão de rugosidade intermediária (r ≈ 2) constituem as condições mais favoráveis para adesão celular eficiente, crescimento e proliferação. Um modelo teórico baseado na minimização da energia livre total do sistema célula-substrato é apresentado e é utilizado para prever o comprimento de disseminação das células que se compara bem com os dados experimentais correspondentes dentro de 10%. O desempenho e a reutilização da superfície rugosa de PDMS com energia e rugosidade moderadas, preparadas por meio de modificação de superfície fácil, são comparados com placas padrão de cultura celular T-25 para crescimento e proliferação celular, mostrando que a superfície proposta é uma escolha atraente para uma cultura celular eficiente.