Oamenii de știință au descoperit o modalitate prin care pot tatua cu aur celulele vii, un „pas înainte spre integrarea celulelor umane cu dispozitive electronice”

Science alert: Scientists Have Found a Way to ‘Tattoo’ Living Cells With Gold

Oamenii de știință au descoperit o modalitate prin care pot ‘tatua’ cu aur celulele vii, un ‘pas înainte spre integrarea celulelor umane cu dispozitive electronice’

De Michelle Starr, 27 August 2023, Science alert

Un fibroblast de șoarece ‘tatuat’ cu nanopuncte de aur, evidențiat cu o culoare falsă. (Kwok et al., Nano Lett. 2023)

Poate părea o tehnică de ultimă generație in domeniul bijuteriilor, însă o nouă tehnică de tatuare cu aur pe țesuturi vii reprezintă un pas înainte spre integrarea celulelor umane cu dispozitive electronice.

Bazându-se pe o tehnică de fabricație numită litografie prin nanoimprimare, oamenii de știință au imprimat celule fibroblaste de embrion de șoarece viu, cu modele de nanopuncte și nanofire din aur. Acest lucru, spun ei, este un prim pas semnificativ spre adăugarea unor circuite mai complexe.

Și nu doar pentru că cyborgii sunt cool. Potrivit oamenilor de știință care au dezvoltat-o, conduși de inginerul David Gracias de la Universitatea Johns Hopkins, tehnica ar putea avea aplicații incredibile în domeniul sănătății.

Un fibroblast de șoarece ‘tatuat’ cu nanopuncte de aur. (Kwok et al., Nano Lett., 2023)

„Dacă ar fi să ne imaginăm unde se va ajunge pe viitor cu toate acestea, ne-ar plăcea să avem senzori care să monitorizeze și să controleze de la distanță, în timp real, starea celulelor individuale și a mediului din jurul acestor celule”, susține Gracias.

„Dacă am avea tehnologii care să urmărească starea de sănătate a celulelor izolate, am putea poate diagnostica și trata bolile mult mai din timp, fără să așteptăm până când întregul organ este afectat.”

Inginerii caută de ceva timp o modalitate de a integra electronica în biologia umană, dar există obstacole semnificative. Unul dintre cele mai mari obstacole este incompatibilitatea țesuturilor vii cu tehnicile de fabricație utilizate pentru a construi electronice.

Deși există modalități de a face lucrurile mici și flexibile, acestea folosesc adesea substanțe chimice dure, temperaturi ridicate sau viduri care distrug țesuturile vii sau materialele moi, bazate pe apă.

O matrice de nanofire de aur care aderă la un creier de șobolan, ex vivo. (Kwok et al., Nano Lett., 2023)

Gracias și echipa sa și-au bazat tehnica pe litografia prin nanoimprimare, care este cam ceea ce pare a fi: utilizarea unei ștampile pentru a imprima modele la scară nanometrică într-un material. În cazul de față, materialul este aurul, dar acesta este doar primul pas al procesului. Odată ce modelul a fost realizat, acesta trebuie transferat și aderat la țesutul viu.

Cercetătorii au reușit anterior să imprime aurul la scară nanometrică pe o placă de siliciu acoperită cu polimer. Apoi polimerul a fost dizolvat, astfel încât modelul să poată fi transferat pe pelicule subțiri de sticlă, unde a fost tratat cu un compus biologic numit cisteamină și acoperit cu un hidrogel.

Apoi modelul a fost îndepărtat de pe sticlă și tratat cu gelatină, înainte de a fi transferat pe o celulă fibroblast. În cele din urmă, hidrogelul a fost dizolvat. Cisteamina și gelatina au ajutat aurul să se lipească de celulă, unde a rămas și s-a deplasat cu aceasta pentru următoarele 16 ore.

Aceeași tehnică a fost folosită pentru a atașa rețele de nanofire de aur la un creier de șobolan, ex vivo. Dar fibroblastele, spun ei, reprezintă cel mai interesant rezultat.

O diagramă care ilustrează procesul de transfer către celulă. (Kwok et al., Nano Lett., 2023)

„Am demonstrat că putem atașa nanomodele complexe pe celule vii, asigurându-ne în același timp că celula nu moare”, spune Gracias.

„Este un rezultat foarte important faptul că celulele pot trăi și se pot mișca împreună cu tatuajele, deoarece există adesea o incompatibilitate semnificativă între celulele vii și metodele pe care inginerii le folosesc pentru a fabrica electronice.”

Deoarece litografia la scară nanometrică este relativ simplă și cu costuri reduse, această lucrare reprezintă o cale de urmat pentru dezvoltarea unor componente electronice mai complicate, cum ar fi electrozi, antene și circuite, care să fie integrate nu doar în țesuturi vii, ci și în hidrogeluri și alte materiale moi care sunt incompatibile cu metodele de fabricație mai dure.

„Ne așteptăm ca acest proces de nanoformare, combinat cu diverse clase de materiale și tehnici standard de microfabricare, cum ar fi fotolitografia și litografia cu fascicul electronic”, scriu cercetătorii, ‘să deschidă oportunități pentru dezvoltarea de noi substraturi pentru culturi celulare, materiale biohibride, dispozitive bionice și biosenzori’.

Cercetarea a fost publicată în Nano Letters.