Une nouvelle étude pourrait permettre aux scientifiques de créer des cyborgs à l'échelle cellulaire, grâce à MIT Media Lab pour la conception d'une antenne miniature pouvant fonctionner sans fil à l'intérieur d'une cellule vivante. Cela pourrait avoir des applications dans le diagnostic médical, le traitement et d’autres processus scientifiques en raison du potentiel de l’antenne pour la surveillance et la direction en temps réel. activité cellulaire.
Les scientifiques ont nommé cette technologie Cell Rover. Il s’agit de la première démonstration d’une antenne pouvant fonctionner à l’intérieur d’une cellule et compatible avec les systèmes biologiques 3D.
Deblina Sarkar, professeure adjointe et titulaire de la chaire de développement de carrière AT&T au MIT Media Lab et directrice du Nano-Cybernetic Biotrek Lab, a déclaré : "Les interfaces bioélectroniques typiques mesurent des millimètres, voire des centimètres et sont non seulement très invasives, mais ne parviennent pas non plus à fournir la résolution nécessaire pour interagir sans fil avec des cellules individuelles - d'autant plus que les modifications apportées à une seule cellule peuvent affecter tout un organisme."
La taille de l’antenne nouvellement développée est bien plus petite qu’une cellule. L'antenne représentait moins de 05 pour cent du volume cellulaire dans la recherche sur les cellules ovocytes. Il convertit ondes électromagnétiques en ondes acoustiques, dont les longueurs d'onde sont cinq ordres de grandeur plus petites, représentant la vitesse du son divisée par la fréquence de l'onde, que celles des ondes électromagnétiques.
Les antennes miniatures sont construites à l'aide d'une substance appelée magnétostrictive pour réaliser cette conversion des ondes électromagnétiques en ondes acoustiques. Les domaines magnétiques au sein du matériau magnétostrictif s'alignent sur le champ lorsqu'un champ magnétique est appliqué à l’antenne, l’alimentant et l’activant. Cela provoque des contraintes dans le matériau, un peu comme la façon dont les fils métalliques tissés dans le tissu pourraient réagir à un puissant aimant en se tordant.
Baju Joy, étudiant du laboratoire de Sarkar et auteur principal de ce travail, a déclaré : "Lorsqu'un champ magnétique alternatif est appliqué à l'antenne, la déformation et la contrainte (pression) variables produites dans le matériau sont ce qui crée le ondes acoustiques dans l'antenne. Nous avons également développé une nouvelle stratégie utilisant un champ magnétique non uniforme pour introduire les robots dans les cellules.
Sarkar a dit, «Configurée de cette manière, l'antenne pourrait être utilisée pour explorer les principes fondamentaux de la biologie au fur et à mesure que des processus naturels se produisent. Au lieu de détruire les cellules pour examiner leur cytoplasme comme cela se fait habituellement, le Cell Rover pourrait surveiller le développement ou la division d'une cellule, détectant différents produits chimiques et biomolécules tels que des enzymes ou des changements physiques tels que la pression cellulaire, le tout en temps réel et in vivo. .»
Les chercheurs affirment que des matériaux tels que les polymères, déjà utilisés dans la recherche médicale et autre, pourraient être intégrés au fonctionnement du Cell Rover. Les polymères, par exemple, changent de masse ou de contrainte en réponse à des changements chimiques ou biomoléculaires. Une telle combinaison pourrait révéler des informations que les méthodes d’observation destructrices de cellules actuellement utilisées ne révèlent pas.
Sarkar a expliqué, « Avec de telles capacités, les Cell Rovers pourraient être précieux dans cancer et la recherche sur les maladies neurodégénératives, par exemple. La technologie pourrait détecter et surveiller les changements biochimiques et électriques associés à la maladie au cours de sa progression dans les cellules individuelles. Appliquée dans le domaine de la découverte de médicaments, cette technologie pourrait éclairer les réactions des cellules vivantes à différents médicaments.
« En raison de la sophistication et de l’ampleur des dispositifs nanoélectroniques tels que les transistors et les commutateurs – « qui représentent cinq décennies de progrès considérables dans le domaine des technologies de l’information. Le Cell Rover, avec sa mini antenne, pourrait remplir des fonctions allant de l'informatique intracellulaire et du traitement de l'information à l'exploration et à la modulation autonomes de la cellule. La recherche a démontré que plusieurs Cell Rovers peuvent être engagés, même au sein d’une seule cellule, pour communiquer entre eux et à l’extérieur des cellules.
Anantha P. Chandrakasan, doyenne de la MIT School of Engineering et professeur Vannevar Bush de génie électrique et d'informatique, a affirmé Valérie Plante., « Le Cell Rover est un concept innovant car il peut intégrer des technologies de détection, de communication et d’information à l’intérieur d’une cellule vivante. Cela ouvre des opportunités sans précédent en matière de diagnostic précis, de thérapies et de découverte de médicaments, ainsi qu’une nouvelle direction à l’intersection entre la biologie et les appareils électroniques.
Journal de référence:
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC et al. Cell Rover : une antenne magnétostrictive miniaturisée pour un fonctionnement sans fil à l'intérieur des cellules vivantes. Nat Commun 13, 5210 (2022). EST CE QUE JE: 10.1038/s41467-022-32862-4
