À l’aide d’un nanofil suspendu, une équipe de recherche de l’Université du Massachusetts a, pour la première fois, créé un minuscule capteur capable de mesurer simultanément les réponses cellulaires électriques et mécaniques dans le tissu cardiaque, un travail prometteur pour les études sur les maladies cardiaques, les tests de médicaments et la médecine régénérative.
Doctorat en génie électrique et informatique (ECE). étudiant Hongyan Gao, premier auteur de l’article publié en ligne par la revue Avancées scientifiquesdécrit l’invention comme « un nouvel outil pour des études cardiaques améliorées qui a le potentiel d’applications de pointe dans les expériences sur les maladies cardiaques ».
Parce que la cellule est un élément fonctionnel de base en biologie, ses comportements mécaniques et électriques sont deux propriétés clés qui indiquent l’état de la cellule et sont par conséquent importantes pour la surveillance de la santé, le diagnostic des maladies et la réparation des tissus.
« Une évaluation complète de l’état cellulaire nécessite une connaissance simultanée des propriétés mécaniques et électriques », explique le chef de l’équipe de recherche Jun Yao, professeur adjoint ECE et auxiliaire en génie biomédical. Ces deux propriétés sont généralement mesurées par des capteurs différents, et le degré de perturbation du fonctionnement de la cellule augmente avec le nombre de capteurs utilisés.
Le capteur est construit à partir d’un nanofil de silicium semi-conducteur suspendu 3D. Avec sa taille beaucoup plus petite qu’une seule cellule, le nanofil peut se coller étroitement sur la membrane cellulaire et « écouter » les activités cellulaires de très près. Il possède également des propriétés uniques pour convertir les activités bioélectriques et biomécaniques « entendues » en signaux de détection électriques pour la détection.
La recherche atteint les objectifs proposés dans une subvention de 500 000 $ sur cinq ans du programme de développement de carrière en début de carrière (CAREER) de la Fondation nationale des sciences que Yao a reçue en 2019.
Outre le développement de biopuces intégrées, notre prochaine étape consiste à intégrer les nanocapteurs sur des échafaudages autonomes pour innerver les tissus in vitro pour des études de tissus profonds. À long terme, nous espérons que les nanocapteurs pourront être livrés en toute sécurité aux systèmes cardiaques vivants pour une meilleure surveillance de la santé et un diagnostic précoce des maladies. »
Jun Yao , professeur adjoint ECE et auxiliaire en génie biomédical
Le concept de fusion de plusieurs fonctions de détection dans un seul appareil élargira également les capacités de l’ingénierie générale des bio-interfaces, a déclaré Yao.
Yubing Sun et Xian Du, professeurs adjoints de génie mécanique et industriel, ont également contribué aux travaux. Yao, Sun et Du sont tous affiliés à l’Institut des sciences de la vie appliquées de l’UMass Amherst, qui combine une expertise approfondie et interdisciplinaire de 29 départements sur le campus pour traduire la recherche fondamentale en innovations qui profitent à l’humanité.
