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Cyborg Tissue Monitors Cellules
Des chercheurs de l'Université Harvard ont construit un matériau qui fusionne l'électronique à l'échelle nanométrique avec des tissus biologiques, un maillage littéral de transistors et de cellules.
Échafaudage filaire : L'alginate (blanc), un matériau dérivé des algues utilisé dans les échafaudages cellulaires conventionnels, est déposé autour de fils métalliques à l'échelle nanométrique (fausses couleurs en marron) pour former un échafaudage électronique tridimensionnel.
Le tissu ressemblant à un cyborg, décrit en ligne sur Matériaux naturels , soutient la croissance cellulaire tout en surveillant simultanément les activités de ces cellules. ça pourrait s'améliorer in vitro le dépistage des médicaments en permettant aux chercheurs de suivre en temps réel comment les cellules d'un environnement tridimensionnel réagissent aux médicaments, selon les auteurs. Cela peut également être un premier pas vers des prothèses qui communiquent directement avec le système nerveux et des implants tissulaires qui détectent et réagissent aux blessures ou aux maladies.
Auparavant, pour sonder l'activité électrique des systèmes vivants, les scientifiques ont développé des dispositifs plats et flexibles qui s'étendent le long de l'extérieur d'un organe, comme le cœur , cerveau , ou la peau (voir Fabrication d'électronique extensible ). Mais ces matériaux ne surveillent que l'activité électrique à la surface d'un tissu.
Le nouvel échafaudage a été réalisé par une équipe de chercheurs qui comprend Bozhi Tian, membre de 2012 de TR35 de Technology Review (voir 35 innovateurs de moins de 35 ans : Bozhi Tian ); le chimiste de l'Université Harvard Charles Lieber ; Daniel Kohane, directeur du Laboratoire de biomatériaux et d'administration de médicaments au Boston Children's Hospital ; et Robert Langer, ingénieur chimiste et professeur d'institut au MIT. Le groupe a entrepris de concevoir un échafaudage tridimensionnel qui intègre l'électronique directement dans les tissus vivants.
Les échafaudages nanoélectroniques étaient constitués d'un fin maillage de nanofils métalliques, droits ou coudés, parsemés de minuscules transistors qui détectent l'activité électrique. Les chercheurs ont plié ou roulé le maillage en une structure tridimensionnelle pour simuler un morceau de tissu ou un vaisseau sanguin, respectivement. Le résultat est un échafaudage à la fois poreux et flexible, ce qui n'est pas une tâche facile pour l'électronique. Ces échafaudages sont mécaniquement les matériaux électroniques les plus souples qui aient jamais été fabriqués, explique Lieber.
L'échafaudage a ensuite été ensemencé avec des cellules ou fusionné avec des biomatériaux conventionnels, tels que le collagène, dans des échafaudages hybrides. Cela montre, du point de vue des matériaux, que vous pouvez combiner ces réseaux électroniques avec pratiquement n'importe quoi, ajoute Lieber.
Pour tester les capacités de détection de la construction, l'équipe a réalisé des expériences avec des cellules vivantes. Ils ont fait pousser des neurones dans l'échafaudage, puis ont surveillé avec succès l'activité de déclenchement des cellules en réponse aux neurotransmetteurs excitateurs ; ils ont observé que les cellules cardiaques d'un côté du tissu battaient de manières subtilement différentes de celles des cellules de l'autre côté ; et ils ont surveillé les changements de pH à l'intérieur et à l'extérieur d'un vaisseau sanguin simplifié, fait de construction enroulée et de cellules musculaires lisses.
Lieber dit que de nombreuses sociétés pharmaceutiques ont déjà manifesté leur intérêt pour les échafaudages pour surveiller les réponses aux médicaments dans différents tissus. C'est l'application la plus proche, dit-il, mais pas l'objectif ultime. Un jour, Lieber aimerait développer des greffes de tissus qui peuvent signaler leur fonction aux médecins et fournir un retour immédiat à un tissu si nécessaire, comme la libération d'un médicament dans la peau ou les poumons. Nous avons la possibilité de fusionner l'électronique avec les systèmes cellulaires, dit-il.