Yhdysvaltalaisista tutkijoista koostuva ryhmä on kehittänyt innovatiivisen nanoelektronisen anturin, joka mittaa samanaikaisesti sähköistä ja mekaanista aktiivisuutta sydänsoluissa, mikä tasoittaa tietä parempille lähestymistavoille sydänsairauksien tutkimuksissa, lääketestauksessa ja regeneratiivisessa lääketieteessä. Eli miten anturi oikein toimii? Mitkä ovat sen tärkeimmät edut olemassa oleviin lähestymistapoihin verrattuna? Ja mitkä ovat tutkimusryhmän seuraavat askeleet?
Nanoelektroninen anturi
Sydänsairaudet pysyvät sitkeästi ihmisten kuolleisuuden johtavien syiden listan kärjessä, ja kiinnostus niiden tutkimiseen on tiedeyhteisön prioriteetti. Tällaisten tutkimusten aikana sitä on yleensä paljon mukavampi käyttää vitro ihmiskehon ulkopuolella olevaa kudosta – ja pystyä jatkuvasti seuraamaan kudosten tilaa mahdollisimman vähäisin häiriöin.
Pyrkiessään optimoimaan tällaisia prosesseja, tutkijat Massachusettsin yliopisto Amherst ja Missourin yliopisto ovat luoneet pienen nanoelektronisen anturin, joka on paljon pienempi kuin yksi solu ja joka pystyy samanaikaisesti mittaamaan sähköisiä ja mekaanisia soluvasteita sydänkudoksessa. Ja se tekee tämän siten, että tutkittava solu tai kudos ei "tunne" mitään outoa kiinnittyneenä siihen.
Koska solujen sähköiset ja mekaaniset vasteet korreloivat mutkikkaasti viritys-supistumiskytkentäprosessin kautta, niiden samanaikainen mittaus on kriittistä fysiologisten ja patologisten mekanismien tunnistamisessa.
Ryhmän johtajana Jun Yao selittää, olemassa olevat anturit voivat havaita vain joko sähköisen tai mekaanisen toiminnan sydänkudoksessa tai -solussa. "Meidän piti havaita molemmat signaalit samanaikaisesti seurataksemme paremmin kudosten tilaa ja paljastaaksemme enemmän mekaanista tietoa", hän sanoo.
Uudet nanosensorit on valmistettu epäorgaanisista tai orgaanisista materiaaleista, jotka on testattu tiukasti niiden bioyhteensopivuuden varmistamiseksi. Anturi sisältää ripustetun puolijohtavan piinanolangan, joka on 100 kertaa pienempi kuin kenno ja joka ei ole myrkyllinen kennolle. "Kuvittele, että se on pieni ripustettu köysi - jos vedät sitä, se voi tuntea jännityksen", Yao selittää. "Joten se on tapa, jolla se voi havaita solujen mekaanisen signaalin. Kuvittele sillä välin, että se on johtava kaapeli, mikä tarkoittaa, että se pystyy havaitsemaan myös solujen sähköiset signaalit."
Seuraavat vaiheet
Yaon mukaan nanosensorit valmistetaan tällä hetkellä tasaiselle biosirupohjaiselle alustalle, jonka päällä on viljelty sydänsoluja. Tulevaisuudessa on kuitenkin mahdollista, että ne voidaan upottaa kudokseen 3D-jakaumassa.
"Anturit voidaan sijoittaa kehon ulkopuolelle oleviin kudosmalleihin, joilla voidaan testata keskeisiä muuttujia, kuten lääkevaikutuksia, joten anturi antaa palautetta lääkkeen vaikutuksesta sydänkudokselle tai -soluille", Yao selittää. ”Sydänkudosta ohjaa ns. viritys-supistuva mekanismi – edellinen sähköinen ja jälkimmäinen mekaaninen prosessi – ja molempia on seurattava saadaksemme mahdollisimman tarkan palautteen. Aiemmat anturit voivat kertoa vain yhden niistä; voimme nyt seurata molempia prosesseja yhdessä."
Pienet transistoriryhmät tallentavat sähköistä aktiivisuutta sydänsolujen sisällä
Tarkastellessaan pidemmälle tulevaisuuteen Yao paljastaa, että on myös mahdollista, että anturit voidaan integroida hänen mukaansa "toimitettavaksi alustaksi", jotta ne voidaan kiinnittää elävään sydämeen terveyden seurantaa ja taudin varhaista diagnosointia varten.
"Tämä saattaa kuulostaa pelottavalta - mutta kuvittele, että kaikki on niin pientä, että se ei aiheuta häiriöitä sydämeen", hän sanoo. ”Seuraava askel on, että muunnamme nykyisen tasomaisen biosirun integraation 3D-integraatioksi, jotta anturit tavoittavat 3D-avaruuden soluja. Yksi mahdollinen tapa on integroida nämä anturit pehmeälle, huokoiselle kudostelineelle, joka voi luonnollisesti upota 3D-kudokseen."
Tutkijat kuvaavat havaintojaan Tiede ennakot.
