Uno dei test che quasi ogni paziente deve affrontare prima di un intervento chirurgico o altro intervento sanitario è un elettrocardiogramma. Per eseguire questa proiezione, i medici usano tradizionalmente un set di elettrodi, che sono in grado di registrare l'attività elettrica del cuore. La domanda è:cosa succede quando il segnale è molto più piccolo, ad esempio, quando vuoi osservare l'attività di piccoli ammassi di cellule o gruppi di cellule all'interno dei tessuti?

Gli scienziati si occupano di questo problema da anni, poiché la risoluzione di questo inconveniente può aprire la strada allo sviluppo e allo screening di farmaci. Di pari importanza, lo sviluppo di queste tecniche insieme all'utilizzo di derivati ​​di cellule staminali pluripotenti apre le porte non solo ad applicazioni immediate in campo cardiaco, ma in altre importanti aree di ricerca, come il campo neurale.

Ora, esperti presso l'Istituto di Bioingegneria della Catalogna (IBEC), in collaborazione con l'Istituto di Scienza dei Materiali di Barcellona (ICMAB-CSIC), hanno raggiunto un nuovo traguardo. Sviluppando una bio-piattaforma che integra nel suo nucleo un dispositivo elettronico organico chiamato Electrolyte Gated Organic Field Effect Transistor (EGOFET), i ricercatori sono stati in grado di monitorare il segnale elettrico delle cellule e dei microtessuti per lunghi periodi di tempo.

Il lavoro è il risultato di una proficua collaborazione multidisciplinare tra un team di dispositivi elettronici organici (guidato dalla dott.ssa Marta Mas-Torrent di ICMAB), un team di bioingegneria (guidato dal professor Gabriel Gomila dell'UB all'IBEC) e un team di ingegneria dei tessuti con cellule staminali (guidato dal professore di ricerca ICREA Núria Montserrat all'IBEC), con la collaborazione allo sviluppo della strumentazione del Dr. Tobias Cramer, dell'Università di Bologna in Italia.

"È stato sorprendente vedere come la piattaforma elettrofisiologica sviluppata con cellule cardiache seminate fosse funzionale per diverse settimane senza degradare le sue prestazioni. Questa capacità apre infinite applicazioni in biologia e biomedicina, " ha detto la dottoressa Adrica Kyndiah, primo autore dell'articolo e ricercatore presso IBEC.

I transistor stampati e flessibili sono stati fabbricati dal gruppo della dott.ssa Marta Mas-Torrent presso ICMAB-CSIC. Quindi la superficie dell'EGOFET, e la piattaforma completa, è stato adattato per interfacciare i cluster di cellule cardiache derivati ​​da cellule staminali pluripotenti umane per lunghi periodi di tempo (diverse settimane). Secondo gli autori del paper pubblicato sulla rivista Biosensori e Bioelettronica , il vantaggio principale dell'utilizzo di tali EGOFET per la registrazione bioelettronica è triplice:

Prima di tutto, Gli EGOFET sono costituiti da un materiale organico su un substrato meccanicamente flessibile, sono di natura biocompatibile e mostrano una prestazione robusta quando operati in un ambiente fisiologico. In secondo luogo, un transistor offre un'amplificazione intrinseca del segnale senza l'uso di amplificatori esterni rispetto agli elettrodi convenzionali, determinando così un elevato rapporto segnale/rumore. E terzo, funziona a basse tensioni prevenendo il danneggiamento delle cellule o l'eccitazione involontaria delle cellule.

I ricercatori dell'IBEC non solo hanno testato il dispositivo su cellule cardiache e micro-tessuti cardiaci, ma ha anche studiato l'effetto di due noti farmaci che influenzano le prestazioni cardiache. Così, lo screening di nuovi composti nei cardiomiociti e in altre cellule elettriche derivate da cellule staminali pluripotenti (come i neuroni) sarebbe ora possibile. Questo progresso a sua volta comporterebbe la riduzione dell'uso di modelli animali per queste applicazioni.

Secondo il team multidisciplinare, i risultati sono una prova di lavoro concettuale, che potrebbe essere esteso dallo studio in vitro alle registrazioni in vivo di organi e tessuti e ai dispositivi impiantabili per monitorare la salute.