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Physical and Electrochemical Properties of PEDOT:PSS as a Tool for Controlling Cell Growth

In this work, researchers of the DIFA report on the results they have obtained on thin films of PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly-(styrenesulfonate)).

Authors

Marco Marzocchi, Isacco Gualandi, Maria Calienni, Isabella Zironi, Erika Scavetta, Gastone Castellani, and Beatrice Fraboni

Abstract

Thanks to their favorable properties, such as mixed ionic-electronic charge-transport, and mechanical compliance with living tissues, conducting polymers can be effectively used in the research field of tissue engineering, especially for the fabrication of biosensors and bioactuators.

An amazing feature of these materials is the possibility of controlling live-cell growth through the application of an electrical potential.  In this work, researchers of the DIFA (Marco Marzocchi, Isacco Gualandi, Maria Calienni, Isabella Zironi, Gastone Castellani, and Beatrice Fraboni) report on the  results they have obtained on thin films of PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly-(styrenesulfonate)).

Such films have been negatively and positively biased and, then, they have been used as substrate for the growth of two different kinds of cell, namely human glioblastoma multiforme cells (T98G) and primary human dermal fibroblasts (hDf). The films of conductive polymer have been prepared with different procedures in order to varying the chemical-physical features of PEDOT:PSS.

In order to reach a wider understanding of the role played by key physical and chemical parameters on the cell-substrate interaction, these substrates have been fully characterized by measuring surface roughness, sheet resistance, wettability, surface energy, electrochemical properties and visible-NIR absorption spectra.

The in vitro experiments have shown that the effect of the substrate on the cell growth rate (72 h) is strongly cell-dependent. T98G cell-growth is enlarged on every type of negatively-biased PEDOT:PSS suggesting that the redox potential is the parameter that plays a key role in the T98G proliferation. Conversely the hDF growth is enhanced only when grown on positively-biased substrates,  that are characterized by a strong chemical interaction with the cell culture medium.

Link: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.5b04768

ACS APPLIED MATERIALS AND INTERFACES,   Volume: 7 Issue: 32 Pages: 17993-8003 Published: 2015-Aug-19

Sommario

Grazie alle loro proprietà chimico fisiche uniche, quali un trasporto di carica misto ionico-elettronico, e proprietà  meccaniche simili a quelle dei tessuti biologici, i polimeri conduttori sono stati ampiamente utilizzati nel campo di ricerca dell’ingegneria tissutale, soprattutto per la realizzazione di biosensori e bioattuatori. Una caratteristica sorprendente di questi materiali è la possibilità di controllare la crescita di cellule viventi attraverso l'applicazione di un potenziale elettrico.

In questo lavoro, film sottili di PEDOT:PSS (poli(3,4-etilendiossitiofene) polistirensolfonato) sono stati elettricamente polarizzati (negativamente e positivamente) per essere impiegati come substrato per la crescita di due diversi tipi di cellule, cellule umane di glioblastoma multiforme (T98G) e cellule primarie di fibroblasti dermici umani (HDF). I film di polimero conduttivo sono stati preparate con diverse procedure in modo da variarne le caratteristiche chimico-fisiche. Al fine di conoscere al meglio i substrati utilizzati, anche nello stato polarizzato, ne è stata compiuta una completa caratterizzazione misurandone la rugosità superficiale, la resistenza superficiale, la bagnabilità, la tensione superficiale, le proprietà elettrochimiche e gli spettri di assorbimento nel campo visibile e NIR.

Gli esperimenti in vitro hanno mostrato che l'effetto sul tasso di crescita cellulare del substrato è fortemente dipendente dal tipo di cellula impiegato. La crescita della linea cellulare T98G è risultata favorita su PEDOT:PSS polarizzato negativamente suggerendo che lo stato redox del polimero gioca un ruolo chiave nel processo. Invece la crescita delle hDF primarie è risultata maggiore sull’unico substrato polarizzato positivamente che visualizzava una forte interazione chimica con il terreno di coltura cellulare.