Des chercheurs tatouent des nanomotifs d'or sur des cellules vivantes – Physics World

La capacité de fusionner des capteurs électroniques et optiques avec le corps humain au niveau d’une seule cellule pourrait un jour permettre la surveillance et le contrôle à distance de cellules individuelles en temps réel. Les progrès dans la fabrication électronique ont permis de créer des transistors et des capteurs avec une résolution à l'échelle nanométrique, tandis que des techniques innovantes de nanostructuration permettent l'assemblage de ces dispositifs sur des substrats flexibles. Cependant, de tels processus nécessitent généralement des produits chimiques agressifs, des températures élevées ou des techniques de vide qui ne conviennent pas aux cellules et tissus vivants.

Pour surmonter ces obstacles, une équipe de recherche de l’Université Johns Hopkins a développé un procédé non toxique, à haute résolution et rentable pour imprimer des nanomotifs d’or sur des tissus et des cellules vivants. Rapportant leurs conclusions dans Nano Lettres, ils démontrent que la nouvelle technique peut « tatouer » des cellules et des tissus vivants avec des réseaux flexibles de nanopoints et de nanofils d’or. À terme, la méthode pourrait être utilisée pour intégrer des appareils intelligents à des tissus vivants pour des applications telles que la bionique et la biodétection.

"Si nous disposions de technologies permettant de suivre l'état de santé des cellules isolées, nous pourrions peut-être diagnostiquer et traiter les maladies beaucoup plus tôt et ne pas attendre que l'organe tout entier soit endommagé", explique le chef d'équipe. David Gracias dans un communiqué de presse. « Nous parlons de mettre quelque chose comme un tatouage électronique sur un objet vivant des dizaines de fois plus petit qu'une tête d'épingle. C'est la première étape vers la fixation de capteurs et d'électronique sur des cellules vivantes.

Je vous remercie, Luo Gu et leurs collègues ont conçu un processus d'impression par nanotransfert en trois étapes pour lier des nanomotifs d'or à des cellules vivantes. Dans un premier temps, ils ont utilisé la lithographie par nanoimpression (NIL) conventionnelle pour imprimer des réseaux de nanopoints ou de nanofils d'or sur des tranches de silicium recouvertes de polymère. Ils ont ensuite dissous le polymère, libérant ainsi les nanoréseaux pour les transférer sur des lamelles de verre.

Ensuite, les chercheurs ont fonctionnalisé la surface de l’or avec de la cystéamine et ont recouvert les réseaux NIL d’or d’une couche de transfert d’hydrogel d’alginate. Ils ont montré que cette approche pouvait transférer de manière fiable des réseaux de nanopoints et de nanofils de 8 × 8 mm du verre vers des hydrogels souples et flexibles. Dans la dernière étape, les réseaux NIL d'or sont conjugués à de la gélatine pour permettre leur transfert sur des cellules ou des tissus vivants. La dissociation de la couche de transfert d'hydrogel expose ensuite le motif doré.

Les chercheurs ont étudié le comportement de cellules de fibroblastes vivantes ensemencées sur des réseaux de points d'or de 250 nm de diamètre (espacement de centre à centre de 550 nm) ou de fils d'or de 300 nm de large (espacement de 450 nm) sur des hydrogels d'alginate. Environ 24 heures après l'ensemencement, les cellules sur l'hydrogel imprimé par des nanofils ont migré de préférence parallèlement aux nanofils, tandis que celles sur les nanopoints présentaient une migration aléatoire, mais légèrement plus rapide. Les cellules des nanofils présentaient également un allongement environ deux fois supérieur à celui des nanopoints. Ces résultats démontrent la capacité des réseaux Gold NIL à guider l’orientation et la migration des cellules.

En plus d'être biocompatible avec les cellules et les tissus, l'hydrogel d'alginate peut également transférer des réseaux NIL d'or sur des organes et des cellules vivants. Pour démontrer cela, les chercheurs ont positionné des hydrogels imprimés par des nanofils sur le cortex cérébral d'un cerveau entier et sur une tranche coronale de cerveau.

Après 2 h de milieu de culture et dissociation de l’hydrogel, les nanofils sont restés liés à la surface du cerveau entier. En revanche, les nanofils sur la tranche de cerveau n’ont pas adhéré, ce qui suggère que la force d’adhésion varie selon les différents types de cellules et méthodes de culture. Les chercheurs notent que d’autres études sont nécessaires pour caractériser et optimiser les mécanismes d’adhésion pour une liaison robuste à long terme.

Enfin, pour évaluer l’impression par biotransfert au niveau cellulaire, les chercheurs ont cultivé des feuilles de cellules monocouches sur des hydrogels d’alginate imprimés en or NIL-array. Après 24 h, ils ont retourné les hydrogels ensemencés de fibroblastes sur des lamelles recouvertes de gélatine et ont laissé les cellules s'attacher aux lamelles pendant la nuit.

Après dissociation de l'hydrogel d'alginate, la microscopie à fluorescence a révélé que les fibroblastes ornés de nanopoints d'or avaient une viabilité d'environ 97 %, tandis que ceux ornés de nanofils avaient une viabilité d'environ 98 %, ce qui indique que le processus d'impression est biocompatible avec les cellules vivantes. Les couleurs réfléchissantes observées sur la feuille de cellules de fibroblastes à motifs suggèrent que la forme du réseau NIL en or a été conservée.

Le processus de fabrication est également compatible avec la photolithographie à l'échelle microscopique, qui a permis aux chercheurs de créer des zones hexagonales et triangulaires de 200 µm de large de réseaux NIL en or. Ils les ont ensuite imprimés par biotransfert sur des feuilles de cellules, conduisant à une croissance sélective des cellules fibroblastiques sur les micropatchs. Les films enregistrés pendant 16 heures ont montré que les cellules sur lesquelles étaient imprimées des parcelles de nanofils semblaient saines et capables de migrer, les réseaux restant sur les cellules molles même lorsqu'elles se déplaçaient.

Un petit capteur mesure simultanément l'activité électrique et mécanique des cellules cardiaques

«Nous avons montré que nous pouvons attacher des nanomodèles complexes à des cellules vivantes, tout en garantissant que la cellule ne meure pas», explique Gracias. "Le fait que les cellules puissent vivre et se déplacer avec les tatouages ​​est un résultat très important, car il existe souvent une incompatibilité significative entre les cellules vivantes et les méthodes utilisées par les ingénieurs pour fabriquer des composants électroniques."

Gracias et ses collègues concluent que leur processus de nanostructuration, combiné à des techniques de microfabrication standard, « ouvre des opportunités pour le développement de nouveaux substrats de culture cellulaire, de matériaux biohybrides, de dispositifs bioniques et de biocapteurs ». Ensuite, ils prévoient d’essayer de connecter des nanocircuits plus complexes pouvant rester en place pendant de plus longues périodes, ainsi que d’expérimenter différents types de cellules.

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• PlatoData.Network Ai générative verticale. Autonomisez-vous. Accéder ici.
• PlatoAiStream. Intelligence Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• PlatonESG. Automobile / VE, Carbone, Technologie propre, Énergie, Environnement, Solaire, La gestion des déchets. Accéder ici.
• PlatoHealth. Veille biotechnologique et essais cliniques. Accéder ici.
• GraphiquePrime. Élevez votre jeu de trading avec ChartPrime. Accéder ici.
• Décalages de bloc. Modernisation de la propriété des compensations environnementales. Accéder ici.
• La source: https://physicsworld.com/a/researchers-tattoo-gold-nanopatterns-onto-live-cells/