Siatka przypominająca tkankę zintegrowana z szeregiem cienkich jak atomy czujników grafenowych może rosnąć wraz z komórkami serca, umożliwiając badanie serca w jego rozwoju.

Zbudowany przez zespół inżynierów kierowany przez Uniwersytet Massachusetts (UMass) Amherst wraz z kolegami z Massachusetts Institute of Technology (MIT) bioelektroniczny system siatkowy może jednocześnie mierzyć zarówno sygnał elektryczny, jak i fizyczny ruch komórek u człowieka wyhodowanego w laboratorium tkanka sercowa.

Opisany w ogłoszeniu UMass Amherst jako „pierwsze badanie” zdolność systemu do wzrostu wraz z komórkami pozwala naukowcom obserwować, jak zmieniają się mechaniczne i elektryczne funkcje serca w procesie rozwojowym.

Naukowcy twierdzą, że urządzenie może pomóc w badaniu chorób serca i potencjalnie toksycznych skutków ubocznych terapii lekowych. Jak stwierdzono w ogłoszeniu, sposoby skutecznego monitorowania żywej tkanki serca są „skrajnie ograniczone, ponieważ wszczepianie czujników do żywego serca jest bardzo ryzykowne, a także dlatego, że jest to złożony narząd, w którym należy monitorować wiele czynników”.

„Tkanka serca jest bardzo wyjątkowa” – mówi Jun Yao, profesor nadzwyczajny inżynierii elektrycznej i komputerowej oraz główny autor artykułu. „Ma działanie mechaniczne – skurcze i rozluźnienia pompujące krew przez nasze ciało – w połączeniu z sygnałem elektrycznym kontrolującym tę czynność”.

Nowe urządzenie składa się z dwóch kluczowych komponentów. Pierwsza to trójwymiarowa mikrotkanka serca (CMT), hodowana w laboratorium z ludzkich komórek macierzystych.

Drugim krytycznym składnikiem jest grafen, substancja oparta na czystym węglu, o grubości zaledwie jednego atomu. Grafen przewodzi prąd elektryczny, dzięki czemu może wyczuwać ładunki elektryczne przepływające przez tkankę serca. Jest również piezorezystancyjny, co oznacza, że ​​w miarę rozciągania – na przykład przez bicie serca – zwiększa się jego opór elektryczny. A ponieważ grafen jest tak cienki, może zarejestrować „najmniejsze drgnięcie” skurczu lub rozluźnienia mięśni i może to zrobić bez zakłócania pracy serca w procesie dojrzewania.

„Chociaż grafen znalazł już wiele zastosowań, wspaniale jest widzieć, że można go wykorzystać w tej krytycznej potrzebie, która wykorzystuje różne właściwości grafenu” – powiedział współautor badania Jing Kong.

Zespół umieścił szereg czujników grafenowych w miękkim, rozciągliwym rusztowaniu z porowatej siatki, które ma właściwości strukturalne i mechaniczne zbliżone do tkanki ludzkiej i które można zastosować nieinwazyjnie do tkanki serca.

„Nikt wcześniej tego nie zrobił” – powiedział główny autor Hongyan Gao. „Grafen może przetrwać w środowisku biologicznym bez degradacji przez bardzo długi czas i nie traci swojej przewodności, dzięki czemu możemy monitorować CMT przez cały proces dojrzewania”.

Praca ukazała się w Komunikacja przyrodnicza.

Chcesz, aby najlepsze historie inżynieryjne były dostarczane bezpośrednio do Twojej skrzynki odbiorczej? Biuletyn Professional Engineering zawiera istotne aktualizacje na temat najnowocześniejszych inżynierii i nowych, ekscytujących możliwości pracy. Aby się zarejestrować, kliknij tutaj.

Treści publikowane przez Professional Engineering niekoniecznie odzwierciedlają poglądy Instytutu Inżynierów Mechaników.