Các nhà nghiên cứu “xăm” mẫu nano vàng lên tế bào sống – Vật lý Thế giới

Các nhà nghiên cứu “xăm” mẫu nano vàng lên tế bào sống – Vật lý Thế giới

Dấu thời gian: Ngày 5 tháng 2023 năm 5 00:XNUMX AM

Mảng chấm nano vàng trên tế bào nguyên bào sợi sống
In mẫu nano Mảng chấm nano vàng có màu sai trên tế bào nguyên bào sợi sống. (Được phép: Kam Sang Kwok và Soo Jin Choi, Phòng thí nghiệm Gracias/Đại học Johns Hopkins)

Khả năng kết hợp các cảm biến điện tử và quang học với cơ thể con người ở cấp độ đơn bào một ngày nào đó có thể cho phép giám sát và điều khiển từ xa từng tế bào trong thời gian thực. Những tiến bộ trong chế tạo thiết bị điện tử đã giúp tạo ra các bóng bán dẫn và cảm biến có độ phân giải cỡ nano, trong khi các kỹ thuật tạo mẫu nano cải tiến cho phép lắp ráp các thiết bị này trên các chất nền linh hoạt. Tuy nhiên, các quy trình như vậy thường đòi hỏi các hóa chất khắc nghiệt, nhiệt độ cao hoặc kỹ thuật chân không không phù hợp với tế bào và mô sống.

Để vượt qua những trở ngại này, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Johns Hopkins đã phát triển một quy trình không độc hại, độ phân giải cao và tiết kiệm chi phí để in các mẫu nano vàng lên mô và tế bào sống. Báo cáo những phát hiện của họ trong Chữ Nano, họ chứng minh rằng kỹ thuật mới có thể “xăm” các tế bào và mô sống bằng các mảng chấm nano vàng và dây nano linh hoạt. Cuối cùng, phương pháp này có thể được sử dụng để tích hợp các thiết bị thông minh với mô sống cho các ứng dụng như sinh học và cảm biến sinh học.

Trưởng nhóm giải thích: “Nếu chúng ta có công nghệ theo dõi sức khỏe của các tế bào biệt lập, chúng ta có thể chẩn đoán và điều trị bệnh sớm hơn nhiều mà không phải đợi cho đến khi toàn bộ cơ quan bị tổn thương”. David Gracias trong một thông cáo báo chí. “Chúng ta đang nói về việc đặt một thứ gì đó giống như một hình xăm điện tử lên một vật thể sống nhỏ hơn đầu một chiếc đinh ghim hàng chục lần. Đây là bước đầu tiên hướng tới việc gắn cảm biến và thiết bị điện tử vào tế bào sống.”

Cảm ơn bạn, Lạc Cố và các đồng nghiệp đã thiết kế một quy trình in chuyển nano ba giai đoạn để liên kết các mẫu nano vàng với các tế bào sống. Trong bước đầu tiên, họ sử dụng kỹ thuật in thạch bản in nano thông thường (NIL) để in các mảng chấm nano vàng hoặc dây nano lên các tấm silicon phủ polymer. Sau đó, họ hòa tan polyme, giải phóng các mảng nano để chuyển lên các tấm kính phủ.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã chức năng hóa bề mặt vàng bằng Cysteamine và phủ các mảng NIL vàng bằng một lớp chuyển hydrogel alginate. Họ đã chứng minh rằng phương pháp này có thể chuyển các mảng chấm nano và dây nano 8 × 8 mm một cách đáng tin cậy từ thủy tinh sang hydrogel mềm và dẻo. Ở bước cuối cùng, mảng NIL vàng được kết hợp với gelatin để có thể chuyển chúng vào tế bào hoặc mô sống. Tách lớp chuyển hydrogel sau đó làm lộ ra mẫu vàng.

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu hoạt động của các tế bào nguyên bào sợi sống được gieo vào các mảng chấm vàng có đường kính 250 nm (khoảng cách từ giữa đến giữa là 550 nm) hoặc các dây vàng rộng 300 nm (khoảng cách 450 nm) trên hydrogel alginate. Khoảng 24 giờ sau khi gieo mầm, các tế bào trên hydrogel in dây nano tốt nhất là di chuyển song song với các dây nano, trong khi các tế bào trên chấm nano biểu hiện sự di chuyển ngẫu nhiên, nhưng nhanh hơn một chút. Các tế bào trên dây nano cũng có độ giãn dài gần gấp đôi so với các tế bào trên chấm nano. Những phát hiện này chứng minh khả năng của mảng NIL vàng trong việc hướng dẫn định hướng và di chuyển tế bào.

Mảng dây nano vàng được in trên não chuột
Quá trình tương thích sinh học Mảng dây nano vàng được in trên não chuột. (Được phép: Kam Sang Kwok và Soo Jin Choi, Phòng thí nghiệm Gracias/Đại học Johns Hopkins)

Ngoài khả năng tương thích sinh học với tế bào và mô, alginate hydrogel còn có thể chuyển các mảng NIL vàng vào các cơ quan và tế bào sống. Để chứng minh điều này, các nhà nghiên cứu đã đặt hydrogel in bằng dây nano lên vỏ não của toàn bộ não và một lát não vành.

Sau 2 giờ trong môi trường nuôi cấy và phân ly hydrogel, các dây nano vẫn liên kết với bề mặt của toàn bộ não. Ngược lại, các dây nano trên lát não không bám dính, cho thấy cường độ bám dính khác nhau giữa các loại tế bào và phương pháp nuôi cấy khác nhau. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng cần có những nghiên cứu sâu hơn để mô tả và tối ưu hóa các cơ chế bám dính để có được liên kết bền vững lâu dài.

Cuối cùng, để đánh giá khả năng in chuyển giao sinh học ở cấp độ đơn bào, các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy các tấm tế bào đơn lớp trên hydrogel alginate in mảng NIL vàng. Sau 24 giờ, họ lật các hydrogel có hạt nguyên bào sợi lên các lá kính phủ gelatin và để các tế bào gắn vào các lá kính qua đêm.

Sau khi phân tách hydrogel alginate, kính hiển vi huỳnh quang cho thấy rằng các nguyên bào sợi được tạo hoa văn bằng các chấm nano vàng có khả năng tồn tại khoảng 97%, trong khi những nguyên bào sợi được tạo hoa văn bằng dây nano có khả năng tồn tại khoảng 98%, cho thấy quy trình in tương thích sinh học với các tế bào sống. Màu sắc phản chiếu nhìn thấy trên tấm tế bào nguyên bào sợi có hoa văn cho thấy hình dạng của mảng NIL vàng vẫn được giữ lại.

Quá trình chế tạo cũng tương thích với kỹ thuật quang khắc vi mô, cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra các mảng NIL vàng hình lục giác và hình tam giác rộng 200 µm. Sau đó, họ chuyển giao sinh học in chúng lên các tấm tế bào, dẫn đến sự phát triển có chọn lọc của các nguyên bào sợi trên các miếng vá vi mô. Phim được quay trong hơn 16 giờ cho thấy các tế bào có các mảng dây nano được in phía trên trông khỏe mạnh và có thể di chuyển, với các mảng vẫn còn trên các tế bào mềm ngay cả khi chúng di chuyển.

Gracias cho biết: “Chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể gắn các mô hình nano phức tạp vào các tế bào sống mà vẫn đảm bảo rằng tế bào đó không chết”. “Kết quả rất quan trọng là tế bào có thể sống và di chuyển cùng với hình xăm vì thường có sự không tương thích đáng kể giữa tế bào sống và phương pháp mà các kỹ sư sử dụng để chế tạo thiết bị điện tử.”

Gracias và các đồng nghiệp kết luận rằng quy trình tạo khuôn nano của họ, kết hợp với các kỹ thuật chế tạo vi mô tiêu chuẩn, “mở ra cơ hội phát triển chất nền nuôi cấy tế bào mới, vật liệu lai sinh học, thiết bị sinh học và cảm biến sinh học”. Tiếp theo, họ dự định thử gắn các mạch nano phức tạp hơn có thể giữ nguyên vị trí trong thời gian dài hơn, cũng như thử nghiệm với các loại tế bào khác nhau.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý