Egy egyesült államokbeli kutatócsoport kifejlesztett egy innovatív nanoelektronikus érzékelőt, amely egyszerre méri a szívsejtek elektromos és mechanikai aktivitását – ezzel megnyitva az utat a szívbetegségek tanulmányozása, a gyógyszerteszt és a regeneratív gyógyászat jobb megközelítései előtt. Szóval, hogyan működik pontosan az érzékelő? Melyek a legfontosabb előnyei a meglévő megközelítésekkel szemben? És mik a következő lépései a kutatócsoportnak?
Nanoelektronikus érzékelő
A szívbetegségek továbbra is makacsul az emberi halálozás vezető okainak listájának élén állnak, és a tanulmányozásuk iránti érdeklődés továbbra is prioritást élvez a tudományos közösségben. Az ilyen vizsgálatok során általában sokkal kényelmesebb a használata in vitro az emberi testen kívül létező szöveteket – és hogy folyamatosan, minimális megszakítással ellenőrizni lehessen a szövetek állapotát.
Az ilyen folyamatok optimalizálása érdekében a kutatók a Massachusettsi Egyetem Amherst és a Missouri Egyetem létrehoztak egy apró, egyetlen sejtnél jóval kisebb nanoelektronikus érzékelőt, amely egyszerre képes mérni az elektromos és mechanikus sejtválaszokat a szívszövetben. És ezt úgy teszi, hogy a vizsgált sejt vagy szövet ne „érezzen” semmi különöset, ami bele van dugva.
Mivel a sejtek elektromos és mechanikai válaszai a gerjesztés-összehúzódás kapcsolódási folyamatán keresztül bonyolultan korrelálnak egymással, ezek egyidejű mérése kritikus a fiziológiai és kóros mechanizmusok azonosításához.
Csapatvezetőként Jun Yao magyarázata szerint a meglévő szenzorok csak a szívszövetben vagy -sejtekben lévő elektromos vagy mechanikai aktivitást képesek érzékelni. "Mindkét jelet egyszerre kellett észlelnünk, hogy jobban nyomon kövessék a szöveti állapotot, és több mechanikai információt tárjunk fel" - mondja.
Az új nanoszenzorok szervetlen vagy szerves anyagokból készülnek, amelyeket szigorúan teszteltek annak biztosítása érdekében, hogy biokompatibilisek legyenek. Az érzékelő egy felfüggesztett félvezető szilícium nanohuzalt tartalmaz, amely 100-szor kisebb, mint egy cella, és nem mérgező a cellára nézve. „Képzeld el, hogy ez egy apró felfüggesztett kötél – ha meghúzod, érezni fogja a feszültséget” – magyarázza Yao. „Tehát így képes érzékelni a sejtekből érkező mechanikai jeleket. Eközben képzelje el, hogy ez egy vezető kábel, ami azt jelenti, hogy képes érzékelni a cellákból érkező elektromos jeleket is.
A következő lépések
Yao szerint a nanoszenzorokat jelenleg lapos biochip alapú szubsztrátumon gyártják, a tetején szívsejteket tenyésztenek. A jövőben azonban fennáll annak a lehetősége, hogy 3D eloszlásban szövetbe ágyazzák őket.
"Az érzékelők testen kívüli szövetmodellekbe helyezhetők, amelyek felhasználhatók olyan kulcsváltozók tesztelésére, mint a gyógyszerhatások, így az érzékelő visszajelzést ad a gyógyszer szívszövetre vagy -sejtekre gyakorolt hatásáról" - magyarázza Yao. „A szívszövetet az úgynevezett gerjesztő-összehúzódási mechanizmus mozgatja – előbbi elektromos, utóbbi mechanikai folyamat –, és mindkettőt monitorozni kell a legpontosabb visszacsatolás érdekében. A korábbi érzékelők csak az egyiket tudják megmondani; most már együtt tudjuk nyomon követni a két folyamatot.”
Apró tranzisztor tömbök rögzítik az elektromos aktivitást a szívsejteken belül
A távolabbi jövőre nézve Yao felfedi, hogy lehetőség van arra is, hogy az érzékelőket az általa „szállítható szubsztrátumnak” nevezett hordozóba integrálják, így az élő szívre foltozhatók az egészségi állapot monitorozása és a betegségek korai diagnosztizálása céljából.
„Ez ijesztően hangzik – de képzeljük el, hogy minden olyan kicsi, hogy nem okoz zavart a szívben” – mondja. „A következő lépés az, hogy a jelenlegi planáris biochip-integrációt 3D-s integrációvá alakítjuk, így az érzékelők elérik a 3D-s tér sejtjeit. Egy lehetséges módja az, hogy ezeket az érzékelőket egy puha, porózus szövetvázba integrálják, amely természetesen beépülhet a 3D szövetbe."
A kutatók leírják eredményeiket Tudomány előlegek.
