Imagen SEM (microscopio electrónico de barrido) de un nanocable suspendido. Crédito:Jun Yao
Usando un nanocable suspendido, un equipo de investigación de la Universidad de Massachusetts ha creado, por primera vez, un pequeño sensor que puede medir simultáneamente las respuestas celulares eléctricas y mecánicas en el tejido cardíaco, un trabajo prometedor para estudios de enfermedades cardíacas, pruebas de drogas y medicina regenerativa.
Ingeniería eléctrica e informática (ECE) Ph.D. estudiante Hongyan Gao, primer autor del artículo publicado en línea por la revista Science Advances , describe la invención como "una nueva herramienta para estudios cardíacos mejorados que tiene el potencial para aplicaciones de vanguardia en experimentos de enfermedades cardíacas".
Debido a que la célula es un elemento funcional básico en biología, sus comportamientos mecánico y eléctrico son dos propiedades clave que indican el estado celular y, en consecuencia, son importantes para el control de la salud, el diagnóstico de enfermedades y la reparación de tejidos.
"Una evaluación integral del estado celular requiere el conocimiento de las propiedades mecánicas y eléctricas al mismo tiempo", dice el líder del equipo de investigación, Jun Yao, profesor asistente de ECE y adjunto de ingeniería biomédica. Estas dos propiedades generalmente se miden con diferentes sensores, y el grado en que se altera la función de la celda aumenta con la cantidad de sensores utilizados.
El sensor está construido a partir de un nanocable de silicio semiconductor suspendido en 3D. Con su tamaño mucho más pequeño que el de una sola célula, el nanocable puede adherirse firmemente a la membrana celular y "escuchar" las actividades celulares muy de cerca. También tiene propiedades únicas para convertir las actividades bioeléctricas y biomecánicas "escuchadas" en señales de detección eléctricas para la detección.
Esquema de la estructura del sensor y la interfaz célula-sensor. Crédito:Jun Yao
"Además de desarrollar biochips integrados, nuestro próximo paso es integrar los nanosensores en andamios independientes para inervar tejido in vitro para estudios de tejido profundo", dice Yao. "A largo plazo, esperamos que los nanosensores se puedan entregar de manera segura a los sistemas cardíacos vivos para mejorar el control de la salud y el diagnóstico temprano de enfermedades".
El concepto de fusionar múltiples funciones de detección en un dispositivo también ampliará las capacidades de la ingeniería general de biointerfaces, dice Yao. Un dispositivo basado en matrices de transistores 3D para recopilar grabaciones intra e intercelulares
