Les plastiques trouvés dans les déchets électroniques (e-déchets) sont rarement recyclés en raison de leur composition complexe et des additifs dangereux, mais les scientifiques de l’Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapour) ont développé une nouvelle utilisation pour eux – en les réutilisant comme alternative à les plastiques utilisés dans les récipients de culture cellulaire de laboratoire, tels que les boîtes de Pétri.
L’équipe de l’Alliance NTU Singapour-CEA pour la recherche en économie circulaire (SCARCE) a réutilisé les plastiques des déchets électroniques, les soumettant uniquement à la stérilisation, avant d’être testés dans des expériences de laboratoire.
L’équipe a découvert que plus de 95 % des cellules souches humaines ensemencées sur des plastiques récupérés à partir de composants informatiques mis au rebut restaient en bonne santé après une semaine, un résultat comparable aux cellules cultivées sur des plaques de culture cellulaire conventionnelles.
Ces résultats, décrits dans une étude publiée en ligne dans la revue scientifique Science de l’environnement total, indiquent une nouvelle utilisation durable potentielle des déchets électroniques en plastique, qui représentent environ 20 pour cent des 50 millions de tonnes[1] des déchets électroniques produits dans le monde chaque année.
Les réutiliser pour la culture cellulaire en laboratoire permettrait non seulement de récupérer une valeur maximale des déchets plastiques électroniques, mais aiderait également à réduire la quantité de déchets plastiques générés par la recherche biomédicale, a déclaré l’équipe de recherche NTU. Une étude de 2015 a estimé que 5,5 millions de tonnes de déchets plastiques liés aux laboratoires[2], y compris les boîtes de culture cellulaire, est généré à l’échelle mondiale en un an.
Ces nouvelles découvertes s’appuient sur une étude de 2020 dirigée par la même équipe NTU, qui a étudié l’effet des déchets plastiques électroniques sur six types de cellules humaines différents et a trouvé une croissance cellulaire saine malgré les éléments dangereux présents dans les déchets plastiques électroniques. Ces résultats ont inspiré l’équipe de recherche à recycler les déchets plastiques électroniques et à les tester dans des applications avancées de culture cellulaire.
Le professeur adjoint Dalton Tay de la NTU School of Materials Science and Engineering et School of Biological Sciences, qui a dirigé cette étude interdisciplinaire, a déclaré : « Les déchets électroniques en plastique contiennent des composants dangereux qui peuvent être rejetés dans l’environnement s’ils ne sont pas éliminés correctement. Fait intéressant, nous avons découvert grâce à nos études que certains plastiques de déchets électroniques pouvaient maintenir avec succès la croissance cellulaire, ce qui en fait des alternatives potentielles aux plastiques de culture cellulaire utilisés dans les laboratoires aujourd’hui. »
« Les réutiliser pour une utilisation immédiate plutôt que de les recycler permet d’allonger immédiatement la durée de vie des déchets plastiques électroniques et de minimiser la pollution de l’environnement. Notre approche est conforme au cadre hiérarchique zéro déchet, qui donne la priorité à l’option de réutilisation par le biais de la science et de l’ingénierie des matériaux. innovation. »
Offrant un point de vue indépendant, le professeur Seeram Ramakrishna, membre du conseil d’administration de la Plastics Recycling Association of Singapore et président du Plastics Recycling Centre of Excellence, a déclaré : « Le plastique étant un élément essentiel de nos processus de fabrication et de logistique, nous avons un besoin urgent de solutions durables aux déchets plastiques pour atténuer leur impact sur l’environnement et les coûts sociaux. Des solutions innovantes, telles que l’idée développée par le professeur adjoint Tay et son équipe de réutiliser les déchets plastiques électroniques, pourraient servir à résoudre le problème omniprésent des déchets plastiques à Singapour et dans le monde, et nous faire avancer vers la circularité des plastiques. »
Les recherches des scientifiques de NTU qui transforment les déchets en trésors sont conformes à la vision NTU 2025 et au Manifeste de durabilité de l’Université, qui aspirent à développer des solutions durables pour relever certains des grands défis urgents de l’humanité.
Les plastiques de déchets électroniques favorisent une croissance cellulaire saine
Pour cette étude, l’équipe NTU a utilisé du plastique récupéré dans les déchets électroniques collectés par une installation locale de recyclage des déchets. Trois types de déchets électroniques en plastique ont été choisis pour leurs caractéristiques de surface variées : les boutons-poussoirs du clavier et la feuille de diffusion obtenus à partir des écrans LCD ont une surface relativement plate et lisse, tandis que la feuille de prisme, également présente dans les écrans LCD, présente des arêtes très alignées.
Pour tester la viabilité de l’utilisation de déchets plastiques électroniques pour les cultures cellulaires, l’équipe du NTU a ensemencé des cellules souches sur des disques circulaires de 1,1 cm de large de déchets plastiques électroniques stérilisés.
Une semaine plus tard, les scientifiques ont découvert qu’il restait plus de 95 % des cellules souches vivantes et saines ensemencées sur les e-plastiques, un résultat comparable au contrôle expérimental des cellules souches cultivées sur des plaques de culture cellulaire en polystyrène disponibles dans le commerce.
Les cellules souches cultivées sur les plastiques des déchets électroniques ont également conservé leur capacité à se différencier – un processus dans lequel les cellules souches deviennent des cellules spécialisées avec une fonction plus spécifique, telles que les cellules sanguines, les cellules cérébrales, les cellules du muscle cardiaque ou les cellules osseuses.
Les caractéristiques de la surface du plastique des déchets électroniques affectent la croissance des cellules souches
Les cellules souches peuvent subir une différenciation dans les bonnes conditions dans le corps ou en laboratoire. Une façon de faciliter ce processus en laboratoire est l’ajout d’un milieu qui « pousse » les cellules souches dans une certaine direction.
Pour étudier l’effet du plastique des déchets électroniques sur la différenciation des cellules souches, l’équipe du NTU a ajouté deux types de milieu en quantités égales aux cellules cultivées sur du plastique de déchets électroniques et sur des plaques de culture cellulaire en polystyrène. Un type pousse les cellules souches à se développer en cellules graisseuses et l’autre pousse les cellules souches à devenir des cellules osseuses.
Au bout de deux semaines, une proportion plus élevée de cellules souches cultivées sur des déchets plastiques électroniques a réussi à se différencier par rapport à celles sur la plaque de culture cellulaire en polystyrène classique.
Les scientifiques ont également découvert que les cellules souches cultivées sur le plastique du clavier et la feuille de diffusion étaient plus susceptibles de se développer en cellules osseuses, tandis que les cellules souches cultivées sur la feuille de prisme, avec ses crêtes, étaient plus susceptibles de se développer en cellules graisseuses.
Le professeur adjoint Tay a déclaré : « En ingénierie tissulaire, nous utilisons des techniques avancées pour concevoir des surfaces et étudier comment elles peuvent influencer la différenciation des cellules souches. Maintenant, nous avons montré que les déchets plastiques électroniques sont une source prête de telles microstructures qui nous permettent d’étudier plus avant comment le développement des cellules souches peut être dirigé – le « Saint Graal » de la médecine régénérative et, plus récemment, de la viande cultivée en laboratoire. Il existe d’importantes règles de conception de biomatériaux et d’échafaudages et des leçons que nous pouvons tirer de ces déchets plastiques électroniques.
À l’avenir, l’équipe NTU vise à développer davantage des processus de reconditionnement économes en ressources pour recycler les déchets électroniques en plastique qui soutiendraient d’autres applications biotechnologiques à haute valeur ajoutée.
Cela contribuerait à promouvoir des pratiques durables dans la recherche et des solutions innovantes de valorisation des déchets pour l’industrie, déclarent les scientifiques.
La recherche est soutenue par la National Research Foundation de Singapour et l’Agence nationale pour l’environnement, dans le cadre de l’initiative de financement Closing the Waste Loop.
[1] Les appareils électroniques « doivent utiliser du plastique recyclé » BBC, 15 octobre 2019
[2] ‘Les laboratoires devraient aussi réduire les déchets plastiques’, Nature, 23 déc. 2015
.
