Unos ingenieros han desarrollado tatuajes a nanoescala (puntos y cables que se adhieren a células vivas) en un avance que acerca a los investigadores al seguimiento de la salud de las células individuales.
La nueva tecnología permite por primera vez la colocación de elementos ópticos o electrónicos en células vivas con matrices similares a tatuajes que se adhieren a las células mientras se flexionan y se adaptan a la estructura exterior húmeda y fluida de las células.
"Si imaginamos hacia dónde irá todo esto en el futuro, nos gustaría tener sensores para monitorear y controlar de forma remota el estado de las células individuales y el entorno que rodea a esas células en tiempo real", dijo David Gracias, profesor de química y biomolecular. ingeniero de la Universidad Johns Hopkins, quien lideró el desarrollo de la tecnología. "Si tuviéramos tecnologías para rastrear la salud de células aisladas, tal vez podríamos diagnosticar y tratar enfermedades mucho antes y no esperar hasta que todo el órgano esté dañado".
Los detalles están publicados en Nano Letters .
Gracias, que trabaja en el desarrollo de tecnologías de biosensores que no sean tóxicas ni invasivas para el cuerpo, dijo que los tatuajes cierran la brecha entre las células o tejidos vivos y los sensores y materiales electrónicos convencionales. Son esencialmente como códigos de barras o códigos QR, afirmó.
"Estamos hablando de poner algo así como un tatuaje electrónico en un objeto vivo decenas de veces más pequeño que la cabeza de un alfiler", dijo Gracias. "Es el primer paso hacia la instalación de sensores y componentes electrónicos en células vivas."
Las estructuras pudieron adherirse a las células blandas durante 16 horas incluso cuando las células se movían.
Los investigadores construyeron los tatuajes en forma de matrices con oro, un material conocido por su capacidad para prevenir la pérdida de señal o la distorsión en el cableado electrónico. Adjuntaron las matrices a células que producen y sostienen tejido en el cuerpo humano, llamadas fibroblastos. Luego, las matrices se trataron con pegamentos moleculares y se transfirieron a las células utilizando una película de hidrogel de alginato, un laminado similar a un gel que se puede disolver después de que el oro se adhiere a la célula. El pegamento molecular de la matriz se une a una película secretada por las células llamada matriz extracelular.
Investigaciones anteriores han demostrado cómo utilizar hidrogeles para adherir nanotecnología a la piel humana y a los órganos internos de los animales. Al mostrar cómo adherir nanocables y nanopuntos a células individuales, el equipo de Gracias está abordando el desafío de larga data de hacer que los sensores ópticos y la electrónica sean compatibles con la materia biológica a nivel de células individuales.
"Hemos demostrado que podemos unir nanopatrones complejos a células vivas, garantizando al mismo tiempo que la célula no muera", dijo Gracias. "Es un resultado muy importante que las células puedan vivir y moverse con los tatuajes porque a menudo hay una incompatibilidad significativa entre las células vivas y los métodos que utilizan los ingenieros para fabricar productos electrónicos".
La capacidad del equipo para unir los puntos y cables en forma de matriz también es crucial. Para utilizar esta tecnología para rastrear bioinformación, los investigadores deben poder organizar sensores y cables en patrones específicos, similares a cómo se organizan en los chips electrónicos.
"Esta es una matriz con un espaciado específico", explicó Gracias, "no un conjunto de puntos al azar".
El equipo planea intentar conectar nanocircuitos más complejos que puedan permanecer en su lugar durante períodos más largos. También quieren experimentar con diferentes tipos de células.
Más información: Kam Sang Kwok et al, Hacia tatuajes unicelulares:impresión por biotransferencia de nanopatrones litográficos de oro en células vivas, Nanoletras (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01960
Información de la revista: Nanoletras
Proporcionado por la Universidad Johns Hopkins
