Araştırmacılar canlı hücrelere altın nanodesenleri 'dövme' yapıyor - Fizik Dünyası

Araştırmacılar canlı hücrelere altın nanodesenleri 'dövme' yapıyor - Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 5 Eylül 2023 5:00

Canlı bir fibroblast hücresinde altın nanodot dizisi
Nanodesenleri yazdırma Canlı bir fibroblast hücresinde sahte renkli altın nanodot dizisi. (Nezaket: Kam Sang Kwok ve Soo Jin Choi, Gracias Laboratuvarı/Johns Hopkins Üniversitesi)

Elektronik ve optik sensörleri insan vücuduyla tek hücre düzeyinde birleştirme yeteneği, bir gün bireysel hücrelerin gerçek zamanlı olarak uzaktan izlenmesine ve kontrol edilmesine olanak sağlayabilir. Elektronik imalatındaki ilerlemeler, nano ölçekli çözünürlüğe sahip transistörler ve sensörler oluşturmayı mümkün kılarken, yenilikçi nano desenleme teknikleri bu cihazların esnek alt tabakalar üzerine monte edilmesini sağlar. Ancak bu tür işlemler genellikle canlı hücreler ve dokular için uygun olmayan sert kimyasallar, yüksek sıcaklıklar veya vakum teknikleri gerektirir.

Bu engellerin üstesinden gelmek için Johns Hopkins Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi, altın nano desenlerini canlı doku ve hücrelere basmak için toksik olmayan, yüksek çözünürlüklü ve uygun maliyetli bir süreç geliştirdi. Bulgularını raporlayarak Nano Letters, yeni tekniğin canlı hücrelere ve dokulara esnek altın nanonoktalar ve nanotel dizileriyle "dövme" yapabileceğini gösteriyorlar. Sonuçta yöntem, biyonik ve biyosensör gibi uygulamalar için akıllı cihazları canlı dokuyla entegre etmek için kullanılabilir.

Ekip lideri şöyle açıklıyor: "İzole edilmiş hücrelerin sağlığını takip edecek teknolojilerimiz olsaydı, hastalıkları çok daha erken teşhis edip tedavi edebilirdik ve tüm organın hasar görmesini beklemek zorunda kalmazdık." David Gracias bir basın açıklamasında. “Bir iğnenin başından onlarca kat daha küçük canlı bir nesneye elektronik dövme benzeri bir şey yapmaktan bahsediyoruz. Bu, canlı hücrelere sensör ve elektroniklerin bağlanmasına yönelik ilk adımdır."

Teşekkürler, Luo Gu ve meslektaşları, altın nanodesenlerini canlı hücrelere bağlamak için üç aşamalı bir nanotransfer baskı süreci tasarladılar. İlk adımda, altın nanonoktalar veya nanotellerden oluşan dizileri polimer kaplı silikon plakalara basmak için geleneksel nanobaskı litografisini (NIL) kullandılar. Daha sonra polimeri çözdüler ve nanodizileri cam lamellere aktarılmak üzere serbest bıraktılar.

Daha sonra araştırmacılar altın yüzeyini sisteamin ile işlevselleştirdiler ve altın NIL dizilerini bir aljinat hidrojel transfer katmanıyla kapladılar. Bu yaklaşımın, 8 x 8 mm'lik nanonokta ve nanotel dizilerini camdan yumuşak ve esnek hidrojellere güvenilir bir şekilde aktarabildiğini gösterdiler. Son adımda, altın NIL dizileri, canlı hücrelere veya dokuya aktarılmalarını sağlamak için jelatin ile konjuge edilir. Hidrojel transfer katmanının ayrıştırılması daha sonra altın deseni ortaya çıkarır.

Araştırmacılar, aljinat hidrojelleri üzerinde 250 nm çaplı altın noktalar (550 nm merkezden merkeze aralık) veya 300 nm genişliğinde altın tellerden (450 nm aralık) oluşan dizilere ekilen canlı fibroblast hücrelerinin davranışlarını araştırdılar. Tohumlamadan yaklaşık 24 saat sonra, nanotel baskılı hidrojel üzerindeki hücreler tercihen nanotellere paralel olarak göç ederken, nanodotlardaki hücreler rastgele fakat biraz daha hızlı bir göç sergiledi. Nanotellerdeki hücreler aynı zamanda nanodotlardaki hücrelere göre kabaca iki kat daha fazla uzama sergiledi. Bu bulgular, altın NIL dizilerinin hücre yönelimini ve göçünü yönlendirme yeteneğini göstermektedir.

Bir sıçan beynine basılmış altın nanotel dizisi
Biyouyumlu süreç Bir fare beynine basılmış altın nanotel dizisi. (Nezaket: Kam Sang Kwok ve Soo Jin Choi, Gracias Laboratuvarı/Johns Hopkins Üniversitesi)

Aljinat hidrojel, hücreler ve dokularla biyolojik olarak uyumlu olmasının yanı sıra, altın NIL dizilerini canlı organlara ve hücrelere de aktarabilir. Bunu göstermek için araştırmacılar, nanotel baskılı hidrojelleri tüm beynin serebral korteksine ve koronal beyin dilimine yerleştirdiler.

Kültür ortamında 2 saat bekletildikten ve hidrojelin ayrışmasından sonra nanoteller tüm beynin yüzeyine bağlı kaldı. Buna karşılık, beyin dilimindeki nanoteller yapışmadı; bu da yapışma kuvvetinin farklı hücre tipleri ve kültür yöntemleri arasında değiştiğini gösteriyor. Araştırmacılar, uzun süreli sağlam bağlanma için yapışma mekanizmalarını karakterize etmek ve optimize etmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç olduğunu belirtiyorlar.

Son olarak, biyotransfer baskısını tek hücre seviyesinde değerlendirmek için araştırmacılar, altın NIL dizisi baskılı aljinat hidrojelleri üzerinde tek katmanlı hücre tabakalarını kültürlediler. 24 saat sonra, fibroblast tohumlu hidrojelleri jelatin kaplı lamellerin üzerine çevirdiler ve hücrelerin gece boyunca lamellere yapışmasını sağladılar.

Aljinat hidrojeli ayrıştırdıktan sonra, floresans mikroskobu, altın nanonoktalarla desenlenen fibroblastların yaklaşık %97 canlılığa sahip olduğunu, nanotellerle desenlenenlerin ise yaklaşık %98 canlılığa sahip olduğunu ortaya çıkardı; bu, yazdırma işleminin canlı hücrelerle biyolojik olarak uyumlu olduğunu gösterir. Desenli fibroblast hücre tabakasında görülen yansıtıcı renkler, altın NIL dizisinin şeklinin korunduğunu göstermektedir.

İmalat süreci aynı zamanda mikro ölçekli fotolitografi ile de uyumludur ve bu da araştırmacıların 200 µm genişliğinde altıgen ve üçgen altın NIL dizileri oluşturmasına olanak sağlamıştır. Daha sonra bunları hücre tabakalarına biyotransfer ile bastılar ve mikro yamalar üzerinde fibroblast hücrelerinin seçici büyümesine yol açtılar. 16 saat boyunca kaydedilen filmler, üstlerine nanotel parçaları basılmış hücrelerin sağlıklı göründüğünü ve göç edebildiğini, dizilerin hareket ederken bile yumuşak hücrelerin üzerinde kaldığını gösterdi.

Gracias, "Hücrenin ölmemesini sağlarken, canlı hücrelere karmaşık nano desenler ekleyebildiğimizi gösterdik" diyor. "Hücrelerin dövmelerle yaşayabilmesi ve hareket edebilmesi çok önemli bir sonuç çünkü canlı hücreler ile mühendislerin elektronik üretmek için kullandıkları yöntemler arasında genellikle önemli bir uyumsuzluk var."

Gracias ve meslektaşları, standart mikrofabrikasyon teknikleriyle birleştirilen nano-desenleme sürecinin "yeni hücre kültürü substratlarının, biyohibrit malzemelerin, biyonik cihazların ve biyosensörlerin geliştirilmesi için fırsatlar yarattığı" sonucuna vardı. Daha sonra, daha uzun süre yerinde kalabilecek daha karmaşık nano devreler eklemeyi ve farklı hücre türleriyle deneyler yapmayı planlıyorlar.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası