米国を拠点とする研究者チームは、心臓細胞の電気的および機械的活動を同時に測定する革新的なナノ電子センサーを開発しました。これにより、心臓病研究、薬物検査、再生医療へのアプローチが改善されました。 では、センサーはどのように機能するのでしょうか。 既存のアプローチに対する主な利点は何ですか? そして、研究チームの次のステップは何ですか?
ナノ電子センサー
心疾患は依然として人間の死亡原因のトップに位置しており、それらの研究への関心は科学界の優先事項であり続けています。 そのような研究の間、一般的に使用する方がはるかに便利です ビトロ 人体の外に存在する組織を監視し、最小限の混乱で組織の状態を常に監視できるようにします。
そのようなプロセスを最適化するために、研究者は マサチューセッツ大学アマースト校 と ミズーリ大学 心臓組織の電気的および機械的細胞応答を同時に測定できる、単一の細胞よりもはるかに小さい小さなナノ電子センサーを作成しました。 そして、調査中の細胞または組織が、何か奇妙なものが差し込まれていることを「感じない」ように、これを行います。
細胞からの電気的および機械的応答は、興奮収縮結合プロセスを通じて複雑に相関しているため、それらの同時測定は、生理学的および病理学的メカニズムを特定するために重要です。
チームリーダーとして 八尾純 既存のセンサーは、心臓組織または細胞の電気的または機械的活動のいずれかしか検出できないと説明しています。 「組織の状態をより適切に監視し、より多くのメカニズム情報を明らかにするには、両方の信号を同時に検出する必要がありました」と彼は言います。
新しいナノセンサーは、生体適合性を確保するために厳密にテストされた無機または有機材料から作られています。 このセンサーには、細胞の 100 分の XNUMX のサイズで、細胞に対して無毒な、懸架された半導体シリコン ナノワイヤが組み込まれています。 「それが小さな吊り下げられたロープだと想像してみてください。引っ張ると、緊張を感じることができます」と Yao 氏は説明します。 「それが、細胞からの機械的信号を検出できる方法です。 一方、それが導電性ケーブルであると想像してみてください。つまり、細胞からの電気信号も検出できるということです。」
次のステップ
Yao 氏によると、ナノセンサーは現在、バイオチップベースの平らな基板上に製造されており、その上に心臓細胞が培養されています。 ただし、将来的には、3D 分布で組織に埋め込むことができる可能性があります。
「センサーは体外の組織モデルに配置でき、薬物効果などの重要な変数をテストするために使用できるため、センサーは心臓組織または細胞に対する薬物の効果に関するフィードバックを提供します」と Yao 氏は説明します。 「心臓組織は、いわゆる興奮収縮メカニズムによって駆動されます。前者は電気的プロセスであり、後者は機械的プロセスです。最も正確なフィードバックを得るには、両方を監視する必要があります。 以前のセンサーは、そのうちの XNUMX つしか認識できませんでした。 両方のプロセスを一緒に監視できるようになりました。」
小さなトランジスタアレイが心臓細胞内の電気的活動を記録
さらに先を見据えて、ヤオ氏は、センサーを「送達可能な基板」と彼が説明するものに統合できる可能性もあると明らかにし、健康監視と早期疾患診断のために生きている心臓にパッチを適用できるようにします。
「これは恐ろしいことに聞こえるかもしれませんが、心臓に摂動をもたらさないほどすべてが小さいと想像してみてください」と彼は言います。 「次のステップは、現在の平面バイオチップ統合を 3D 統合に変換して、センサーが 3D 空間の細胞に到達するようにすることです。 考えられる方法は、これらのセンサーを、3D 組織に自然に埋め込むことができる柔らかい多孔質組織の足場に統合することです。」
研究者は彼らの調査結果を 科学の進歩.
