Les plastiques pour la culture cellulaire constituent l'interface physique entre les systèmes biologiques in vitro et leur environnement expérimental. Bien que de nombreux polymères aient été utilisés historiquement—notamment le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyéthylène (PE), le polychlorure de vinyle (PVC) et le polypropylène (PP)—le polystyrène (PS) demeure le matériau prédominant en raison de son faible coût, de sa transparence optique et de son inertie chimique. Toutefois, les performances biologiques du PS ne sont pas intrinsèques ; elles sont fortement modulées par l'ingénierie de surface et les paramètres de fabrication, qui déterminent notamment l'adhésion et la prolifération cellulaires ainsi que le maintien du phénotype cellulaire.
Sélection des polymères et propriétés optiques
Le choix du polymère de base dépend des exigences propres à chaque application. Le polystyrène présente une excellente transparence optique, ce qui le rend particulièrement adapté à la microscopie en contraste de phase et à la microscopie de fluorescence. Sa température de déformation sous charge, comprise entre 64 et 80°C, le rend inadapté à la stérilisation par autoclavage, mais compatible avec la stérilisation par irradiation gamma et par plasma gazeux. Le polycarbonate, en revanche, résiste à l'autoclavage (température de déformation sous charge de 138–143°C), mais présente une transparence optique plus faible, tandis que le polypropylène offre une meilleure résistance chimique pour les applications impliquant des solvants organiques. Le polyéthylène haute densité présente une forte perméabilité aux gaz, propriété exploitée dans les poches et membranes de culture perméables à l'oxygène, tandis que le polystyrène présente une faible perméabilité à l'oxygène (coefficient d'environ 2,6 × 10−11 mL(O2)·cm/(cm2·s·mmHg)).
Technologies de traitement de surface
Le polystyrène non traité est hydrophobe, avec une énergie de surface d'environ 20–40 mN/m, ce qui limite l'adsorption des protéines impliquées dans l'adhésion cellulaire et empêche l'adhésion des cellules dépendantes d'un ancrage. Le traitement pour la culture cellulaire (TC) permet de remédier à cette limitation selon deux méthodes principales : la décharge corona (utilisée pour les flacons, les boîtes et les plaques multipuits) et le traitement par plasma gazeux (utilisé pour les flacons roulants et les tubes de culture). Ces deux procédés génèrent des espèces oxygénées hautement énergétiques qui réagissent avec la surface du polystyrène, provoquant la rupture de chaînes polymériques et l'introduction de groupes fonctionnels contenant de l'oxygène—notamment des groupes hydroxyle (–OH) et carboxyle (–COOH)—ainsi que des groupes amine contenant de l'azote. La surface ainsi modifiée devient hydrophile et acquiert une charge négative lorsqu'elle est immergée dans le milieu de culture, ce qui permet l'adsorption de protéines dérivées du sérum telles que la fibronectine et la vitronectine, lesquelles interviennent ensuite dans l'adhésion cellulaire dépendante des intégrines.
