Et forskerhold udvikler biotransistorer, der er i stand til at detektere de mindste signaler

En af de tests, som næsten hver patient skal stå over for før en operation eller anden sundhedsintervention, er et elektrokardiogram. For at udføre denne screening, læger bruger traditionelt et sæt elektroder, som er i stand til at registrere hjertets elektriske aktivitet. Spørgsmålet er:hvad sker der, når signalet er meget mindre, for eksempel, når du vil observere aktiviteten af ​​små klynger af celler eller grupper af celler i væv?

Forskere har behandlet dette problem i årevis, da løsning af denne ulempe kan bane vejen for udvikling og screening af lægemidler. Af lige stor betydning, udviklingen af ​​disse teknikker sammen med brugen af ​​pluripotente stamcellederivater åbner døren ikke kun for umiddelbare anvendelser inden for hjerteområdet, men på andre vigtige forskningsområder, såsom det neurale felt.

Nu, eksperter ved Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), i samarbejde med Institut for Materialevidenskab i Barcelona (ICMAB-CSIC), har nået en ny milepæl. Ved at udvikle en bioplatform, der i sin kerne integrerer en organisk elektronisk enhed kaldet Electrolyte Gated Organic Field Effect Transistor (EGOFETs), forskere har været i stand til at overvåge det elektriske signal fra celler og mikrovæv i lange perioder.

Arbejdet er resultatet af et frugtbart tværfagligt samarbejde mellem et organisk elektronisk udstyrsteam (ledet af Dr. Marta Mas-Torrent fra ICMAB), et bioingeniørhold (ledet af UB Professor Gabriel Gomila ved IBEC) og et stamcellevævsingeniørhold (ledet af ICREA Research Professor Núria Montserrat ved IBEC), med samarbejdet om instrumentudvikling fra Dr. Tobias Cramer, fra universitetet i Bologna i Italien.

"Det var forbløffende at se, hvordan den elektrofysiologiske platform udviklet med udsåede hjerteceller var funktionel i flere uger uden at forringe dens ydeevne. Denne evne åbner uendelige anvendelser inden for biologi og biomedicin, " sagde Dr. Adrica Kyndiah, første forfatter af papiret og forsker ved IBEC.

Trykte og fleksible transistorer blev fremstillet af gruppen af ​​Dr. Marta Mas-Torrent på ICMAB-CSIC. Så overfladen af ​​EGOFET, og den fulde platform, blev tilpasset til at forbinde hjertecelleklyngerne afledt af humane pluripotente stamceller i lange tidsperioder (adskillige uger). Ifølge forfatterne af papiret offentliggjort i tidsskriftet Biosensorer og bioelektronik , den største fordel ved at bruge sådanne EGOFET'er til bioelektronikoptagelse er tredobbelt:

Først og fremmest, EGOFET'er er lavet af et organisk materiale på et mekanisk fleksibelt underlag, de er biokompatible i naturen og viser en robust ydeevne, når de betjenes i et fysiologisk miljø. For det andet en transistor tilbyder intrinsisk signalforstærkning uden brug af eksterne forstærkere sammenlignet med konventionelle elektroder, hvilket resulterer i et højt signal/støjforhold. Og for det tredje, den fungerer ved lave spændinger og forhindrer cellebeskadigelse eller utilsigtet celleexcitation.

Forskere ved IBEC testede ikke kun enheden på hjerteceller og hjertemikrovæv, men undersøgte også effekten af ​​to velkendte lægemidler, der påvirker hjerteydelsen. Dermed, screening af nye forbindelser i kardiomyocytter og andre pluripotente stamcelle-afledte elektriske celler (såsom neuroner) ville nu være mulig. Dette fremskridt vil igen resultere i en reduktion i brugen af ​​dyremodeller til disse applikationer.

Ifølge det tværfaglige team, resultaterne er et bevis på konceptarbejde, som kunne udvides fra in vitro undersøgelse til in vivo optagelser af organer og væv og til implanterbare anordninger til overvågning af helbred.