Les ingénieurs ont développé des tatouages à l’échelle nanométrique ; des points et des fils qui adhèrent aux cellules vivantes ; dans une percée qui rapproche les chercheurs du suivi de la santé des cellules individuelles.
La nouvelle technologie permet pour la première fois de placer des éléments optiques ou électroniques sur des cellules vivantes avec des matrices de type tatouage qui collent sur les cellules tout en fléchissant et en se conformant à la structure externe humide et fluide des cellules.
« Si vous imaginez où tout cela se passe dans le futur, nous aimerions disposer de capteurs pour surveiller et contrôler à distance l’état des cellules individuelles et l’environnement entourant ces cellules en temps réel », a déclaré David Gracias, professeur de chimie et biomoléculaire. ingénieur à l’Université Johns Hopkins qui a dirigé le développement de la technologie. « Si nous avions des technologies pour suivre la santé des cellules isolées, nous pourrions peut-être diagnostiquer et traiter les maladies beaucoup plus tôt et ne pas attendre que l’organe entier soit endommagé. »
Les détails sont publiés dans Nano-lettres.
Gracias, qui travaille au développement de technologies de biocapteurs non toxiques et non invasives pour le corps, a déclaré que les tatouages comblaient le fossé entre les cellules ou les tissus vivants et les capteurs conventionnels et les matériaux électroniques. Ils sont essentiellement comme des codes-barres ou des codes QR, a-t-il déclaré.
Nous parlons de mettre quelque chose comme un tatouage électronique sur un objet vivant des dizaines de fois plus petit qu’une tête d’épingle. C’est la première étape vers la fixation de capteurs et d’électronique sur des cellules vivantes. »
David Gracias, professeur de génie chimique et biomoléculaire, Université Johns Hopkins
Les structures ont pu adhérer aux cellules molles pendant 16 heures même lorsque les cellules se déplaçaient.
Les chercheurs ont construit les tatouages sous la forme de matrices avec de l’or, un matériau connu pour sa capacité à empêcher la perte de signal ou la distorsion dans le câblage électronique. Ils ont attaché les matrices aux cellules qui fabriquent et entretiennent les tissus du corps humain, appelées fibroblastes. Les matrices ont ensuite été traitées avec des colles moléculaires et transférées sur les cellules à l’aide d’un film d’hydrogel d’alginate, un stratifié de type gel qui peut être dissous après que l’or adhère à la cellule. La colle moléculaire sur le réseau se lie à un film sécrété par les cellules appelé la matrice extracellulaire.
Des recherches antérieures ont montré comment utiliser des hydrogels pour coller la nanotechnologie sur la peau humaine et les organes internes des animaux. En montrant comment faire adhérer des nanofils et des nanopoints sur des cellules individuelles, l’équipe de Gracias relève le défi de longue date consistant à rendre les capteurs optiques et l’électronique compatibles avec la matière biologique au niveau de la cellule unique.
« Nous avons montré que nous pouvons attacher des nano-modèles complexes à des cellules vivantes, tout en veillant à ce que la cellule ne meure pas », a déclaré Gracias. « C’est un résultat très important que les cellules puissent vivre et se déplacer avec les tatouages, car il existe souvent une incompatibilité importante entre les cellules vivantes et les méthodes utilisées par les ingénieurs pour fabriquer de l’électronique. »
La capacité de l’équipe à attacher les points et les fils sous forme de tableau est également cruciale. Pour utiliser cette technologie pour suivre la bioinformation, les chercheurs doivent être en mesure d’organiser les capteurs et le câblage selon des modèles spécifiques similaires à la façon dont ils sont disposés dans les puces électroniques.
« Il s’agit d’un tableau avec un espacement spécifique », a expliqué Gracias, « pas un tas de points au hasard. »
L’équipe prévoit d’essayer d’attacher des nanocircuits plus complexes qui peuvent rester en place plus longtemps. Ils veulent également expérimenter différents types de cellules.
