Gli ingegneri hanno sviluppato tatuaggi su scala nanometrica, ovvero punti e fili che aderiscono alle cellule vive, in una svolta che avvicina i ricercatori al monitoraggio della salute delle singole cellule.
La nuova tecnologia consente per la prima volta il posizionamento di elementi ottici o elettronici su cellule vive con matrici simili a tatuaggi che si attaccano alle cellule mentre si flettono e si conformano alla struttura esterna umida e fluida delle cellule.
"Se immaginate dove andrà tutto questo in futuro, vorremmo avere sensori per monitorare e controllare a distanza lo stato delle singole cellule e l'ambiente che circonda quelle cellule in tempo reale", ha affermato David Gracias, professore di chimica e biomolecolare. ingegneria presso la Johns Hopkins University che ha guidato lo sviluppo della tecnologia. "Se avessimo tecnologie per monitorare la salute delle cellule isolate, forse potremmo diagnosticare e curare le malattie molto prima e non aspettare che l'intero organo venga danneggiato."
I dettagli sono pubblicati in Nano Letters .
Gracias, che lavora allo sviluppo di tecnologie di biosensori non tossiche e non invasive per il corpo, ha affermato che i tatuaggi colmano il divario tra le cellule viventi o i tessuti e i sensori convenzionali e i materiali elettronici. Sono essenzialmente come codici a barre o codici QR, ha detto.
"Stiamo parlando di mettere qualcosa come un tatuaggio elettronico su un oggetto vivente decine di volte più piccolo della capocchia di uno spillo", ha detto Gracias. "È il primo passo verso il collegamento di sensori ed elettronica su cellule vive."
Le strutture sono riuscite ad aderire alle cellule molli per 16 ore anche mentre le cellule si muovevano.
I ricercatori hanno costruito i tatuaggi sotto forma di matrici con oro, un materiale noto per la sua capacità di prevenire la perdita o la distorsione del segnale nei cavi elettronici. Hanno attaccato le matrici alle cellule che producono e sostengono i tessuti del corpo umano, chiamate fibroblasti. Gli array sono stati poi trattati con colle molecolari e trasferiti sulle celle utilizzando una pellicola di idrogel di alginato, un laminato simile al gel che può essere sciolto dopo che l'oro aderisce alla cella. La colla molecolare sulla matrice si lega a una pellicola secreta dalle cellule chiamata matrice extracellulare.
Precedenti ricerche hanno dimostrato come utilizzare gli idrogel per applicare la nanotecnologia sulla pelle umana e sugli organi interni degli animali. Mostrando come far aderire nanofili e nanopunti su singole cellule, il team di Gracias sta affrontando la sfida di lunga data di rendere i sensori ottici e i componenti elettronici compatibili con la materia biologica a livello di singola cellula.
"Abbiamo dimostrato che possiamo attaccare nanomodelli complessi alle cellule viventi, garantendo al tempo stesso che la cellula non muoia", ha detto Gracias. "È un risultato molto importante che le cellule possano vivere e muoversi con i tatuaggi perché spesso c'è una significativa incompatibilità tra le cellule viventi e i metodi utilizzati dagli ingegneri per fabbricare l'elettronica."
Fondamentale è anche la capacità del team di collegare punti e fili in una serie di elementi. Per utilizzare questa tecnologia per tracciare le bioinformazioni, i ricercatori devono essere in grado di organizzare sensori e cablaggi secondo schemi specifici non diversi da come sono disposti nei chip elettronici.
"Si tratta di un array con una spaziatura specifica", ha spiegato Gracias, "non di un insieme casuale di punti."
Il team intende provare a collegare nanocircuiti più complessi che possano rimanere sul posto per periodi più lunghi. Vogliono anche sperimentare diversi tipi di cellule.
Ulteriori informazioni: Kam Sang Kwok et al, Verso tatuaggi a cellula singola:stampa a biotrasferimento di nanomodelli litografici in oro su cellule vive, nanolettere (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01960
Informazioni sul giornale: Nanolettere
Fornito dalla Johns Hopkins University
