Savtchenko, Molokanova et d'autres chercheurs ont noté que les cellules du laboratoire se développent mieux sur le graphène que sur d'autres matériaux, et se comportent plus comme les cellules du corps. Savchenko et Molokanova attribuent à leur formation en physique le mérite de les avoir aidés à considérer les systèmes biologiques un peu différemment de la plupart des autres.

Dans cette étude, les chercheurs ont généré des cellules cardiaques à partir de cellules de peau données, via un type de cellule intermédiaire appelé cellule souche pluripotente induite (iPSC). Ensuite, ils ont cultivé ces cellules cardiaques dérivées d'iPSC sur une surface de graphène.

Savchenko a déclaré qu'il avait fallu un certain temps à l'équipe pour déterminer la formulation optimale à base de graphène. Ensuite, ils ont dû trouver la meilleure source de lumière et le meilleur moyen de fournir cette lumière au système de cellules de graphène. Mais ils ont finalement trouvé un moyen de contrôler avec précision la quantité d'électricité générée par le graphène en faisant varier l'intensité de la lumière à laquelle ils l'ont exposé.

"Nous avons été surpris du degré de flexibilité, que le graphène vous permet de stimuler les cellules littéralement à volonté, " dit Savchenko. " Tu veux qu'ils battent deux fois plus vite ? Pas de problème, il suffit d'augmenter l'intensité lumineuse. Trois fois plus vite ? Pas de problème, augmentez la densité de lumière ou de graphène."

Savchenko et ses collègues ont découvert qu'ils pouvaient également contrôler l'activité cardiaque dans un organisme vivant (embryons de poisson zèbre) en utilisant du graphène léger et dispersé.

L'équipe s'est également étonnée de l'absence de toxicité, ce qui pose souvent aux chercheurs un énorme défi. "Normalement, si vous introduisez un nouveau matériau en biologie, vous vous attendriez à voir un certain nombre de cellules tuées dans le processus, " a déclaré Savchenko. "Mais nous n'avons rien vu de tout cela. Cela nous fait espérer que nous pourrons éviter les problèmes nuisibles plus tard, alors que nous testons diverses applications médicales."

Les chercheurs sont enthousiasmés par les nombreuses applications possibles de ce nouveau système graphène/lumière. Une utilisation potentielle est le criblage de médicaments. Actuellement, les chercheurs utilisent la technologie robotique pour tester des centaines de milliers de composés chimiques, les examinant pour leurs capacités à changer le comportement d'une cellule. Les composés qui ont l'effet souhaité sont étudiés plus avant pour leur potentiel en tant que nouveau médicament thérapeutique. Cependant, de nombreux composés bénéfiques peuvent être manqués car leurs effets ne sont pas facilement apparents dans l'état dans lequel les cellules d'essai sont cultivées - sur du plastique, en dehors du contexte de la maladie.

Par exemple, les chercheurs peuvent tester des médicaments sur des cellules cardiaques cultivées dans une boîte de laboratoire en plastique standard. Mais ces cellules se contractent à leur propre rythme, ne pas modéliser les conditions qui pourraient exister juste avant qu'une personne ait une crise cardiaque. Les médicaments qu'ils testent sur ces cellules peuvent sembler ne rien faire s'ils sont dépendants de l'utilisation, ce qui signifie que les médicaments n'ont d'effet que dans certaines conditions.

Pour tester cette application, l'équipe a ajouté de la mexilétine, un médicament utilisé pour traiter les battements cardiaques irréguliers (arythmies), à leurs cellules cardiaques. La mexilétine est connue pour être dépendante de l'utilisation - elle n'a d'effet que lorsqu'il y a une augmentation de la fréquence cardiaque, comme cela se produit lors d'une arythmie. Les chercheurs ont illuminé leurs cellules cardiaques sur du graphène avec une lumière de différentes intensités. Plus vite ils faisaient battre les cellules cardiaques, la meilleure mexilétine les inhibait.

Pour l'instant, l'équipe se concentre sur les cellules cardiaques et les neurones. Mais ils sont intéressés à éventuellement appliquer leur système graphène/lumière pour rechercher des médicaments qui tuent spécifiquement les cellules cancéreuses, tout en laissant les cellules saines tranquilles. Les chercheurs envisagent également d'utiliser le graphène pour trouver des alternatives aux opioïdes - des analgésiques dépendants de l'utilisation qui ne fonctionnent que quand et où une personne souffre, réduisant ainsi les effets systémiques pouvant entraîner une mauvaise utilisation et une dépendance. Finalement, Savchenko pense que les stimulateurs cardiaques à lumière contrôlée en graphène pourraient être plus sûrs et plus efficaces que les modèles actuels.

Il y a beaucoup de travail à faire, mais Savchenko est optimiste. « Vous pouvez transformer une demi-année d'expérimentation animale en une journée d'expérimentation avec ce système à base de graphène, " il a dit.