Un peu de sucre pour ralentir le séchage des milieux de culture cellulaire

27 janvier 2017

Résultats scientifiques Vivant et santé

Les milieux de culture cellulaire utilisés en microbiologie sont des hydrogels d’agarose qui se comportent comme des éponges gorgées d’eau. Une des limitations de ces gels est l’évaporation rapide de l’eau qu’ils contiennent, l’eau étant un élément nécessaire à la croissance des cellules. Comment quantifier l’évaporation et surtout améliorer la capacité d’un gel à piéger de l’eau ? C’est à ces questions qu’ont répondu des chercheurs du Centre de recherche Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux) en développant une nouvelle méthode interférométrique pour quantifier avec précision le séchage d’hydrogels. En ajoutant de faibles quantités de sucres non-gélifiants tels que le glucose, le dextran, la gomme de guar ou de xanthane, les chercheurs ont montré que ces composés permettent de réduire jusqu’à un facteur deux le taux d’évaporation de l’eau contenue dans des gels d’agarose. Ces résultats sont à retrouver dans la revue Scientific Reports.

Les milieux de culture cellulaire utilisés en microbiologie sont des hydrogels dont la structure est composée d’un polysaccharide naturel – l’agarose. Ces gels, commercialisés sous la forme de boites de Pétri, se comportent comme des éponges gorgées d’eau sur lesquelles les bactéries, les cellules ou encore les levures peuvent se développer, ce qui permet au biologiste de les étudier.
Le problème de ces milieux de culture est l’évaporation rapide de l’eau qu’ils contiennent. L’exposition du gel à l’atmosphère ambiante entraîne l’évaporation de l’eau, provoquant la contraction du gel et son détachement des parois de la boite de Pétri, rendant alors le milieu de culture inutilisable. Comment quantifier l’évaporation de l’eau et surtout, comment améliorer la capacité d’un milieu de culture à retenir l’eau ?

Pour répondre à ces questions, les chercheurs du Centre de Recherche Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux), en collaboration avec l’entreprise bioMérieux, ont développé une nouvelle méthode interférométrique pour quantifier avec précision le séchage d’hydrogels. Cette méthode leur a permis de mesurer des taux d’amincissement de gels de l’ordre de la dizaine de nanomètres par seconde, et de montrer que les gels d’agarose piègent très mal l’eau. En effet, des gels d’agarose s’amincissent aussi rapidement qu’un volume d’eau pur identique à celui du gel, une première étape dans la compréhension de leur cinétique de séchage.

Pour améliorer les performances des gels d’agarose, pourquoi ne pas ajouter des additifs pour retenir l’eau dans le gel ? En ajoutant de faibles quantités de sucres non-gélifiants (<0.5% en masse) tels que le glucose, le dextran, la gomme de guar ou de xanthane, les chercheurs ont montré que ces additifs permettent de réduire jusqu’à un facteur deux le taux d’évaporation de l’eau contenue dans les gels. Mieux encore, ces faibles quantités de sucres améliorent la capacité du gel d’agarose à piéger l’eau sans modifier ses propriétés élastiques, paramètre clef pour la culture de cellules et de bactéries.

Cette nouvelle méthode d’interférométrie se révèle ainsi être une technique extrêmement efficace pour quantifier la dynamique de séchage d’hydrogels. Elle devrait permettre à l’avenir de tester l’impact d’autres additifs sur l’agarose et d’étudier le séchage de nombreux autres gels de polymères.

(Gauche) Image de la boite de Pétri et de l’objectif de microscope utilisés pour suivre la dynamique de séchage des gels d’agarose. (Droite) Vitesse d’amincissement de gels d’agarose pur (carrés noirs), de gels d’agar composés à 70% d’agarose et à 30% d’agaropectine (carrés gris), et de gels d’agarose contenant 0.43% w/w de glucose (points gris), vs la concentration en agarose du gel. L’étoile bleue correspond à la vitesse d’amincissement d’un volume de liquide identique à celui des gels. Chaque point correspond à trois mesures indépendantes moyennées chacune sur 10min et la barre d’erreur correspond à la déviation standard sur cette même durée.

© Bosi Mao, Thibaut Divoux & Patrick Snabre