Que se passe-t-il dans les premiers jours du développement des organes ? Comment un petit groupe de cellules s'organise-t-il pour devenir un cœur, un cerveau, ou un rein ? Cette période critique du développement est longtemps restée la boîte noire de la biologie du développement, en partie parce qu'aucun capteur n'était suffisamment petit ou flexible pour observer ce processus sans endommager les cellules.

Maintenant, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé des organes simplifiés appelés organoïdes avec des capteurs entièrement intégrés. Ces organoïdes dits cyborg offrent un rare aperçu des premiers stades du développement des organes.

La recherche a été publiée dans Lettres nano .

« J'ai été tellement inspirée par le processus naturel de développement des organes au lycée, dans lequel les organes 3-D commencent à partir de quelques cellules dans des structures 2-D. Je pense que si nous pouvons développer une nanoélectronique si flexible, extensible, et doux qu'ils peuvent grandir avec les tissus en développement grâce à leur processus de développement naturel, les capteurs embarqués peuvent mesurer toute l'activité de ce processus de développement, " a déclaré Jia Liu, Professeur adjoint de bio-ingénierie à SEAS et auteur principal de l'étude. "Le résultat final est un morceau de tissu avec un dispositif nanométrique complètement distribué et intégré dans tout le volume tridimensionnel du tissu."

Ce type de dispositif émerge du travail que Liu a commencé en tant qu'étudiant diplômé dans le laboratoire de Charles M. Lieber, le professeur de l'Université Joshua et Beth Friedman. Dans le laboratoire de Lieber, Liu a développé une fois flexible, nanoélectronique de type maillage qui pourrait être injectée dans des régions spécifiques du tissu.

En s'appuyant sur cette conception, Liu et son équipe ont augmenté l'extensibilité de la nanoélectronique en changeant la forme du maillage de lignes droites en structures serpentines (des structures similaires sont utilisées dans l'électronique portable). Puis, l'équipe a transféré la nanoélectronique maillée sur une feuille 2D de cellules souches, où les cellules se recouvraient et s'entrecroisaient avec la nanoélectronique via des forces d'attraction cellule-cellule. Lorsque les cellules souches ont commencé à se transformer en une structure 3-D, la nanoélectronique s'est reconfigurée de manière transparente avec les cellules, résultant en des organoïdes 3D entièrement développés avec des capteurs intégrés.

Les cellules souches ont ensuite été différenciées en cardiomyocytes (cellules cardiaques) et les chercheurs ont pu surveiller et enregistrer l'activité électrophysiologique pendant 90 jours.

"Cette méthode nous permet de surveiller en permanence le processus de développement et de comprendre comment la dynamique des cellules individuelles commence à interagir et à se synchroniser tout au long du processus de développement, " a déclaré Liu. " Il pourrait être utilisé pour transformer n'importe quel organoïde en organoïdes cyborg, y compris les organoïdes du cerveau et du pancréas."

En plus d'aider à répondre à des questions fondamentales sur la biologie, les organoïdes cyborg pourraient être utilisés pour tester et surveiller des traitements médicamenteux spécifiques au patient et potentiellement utilisés pour des transplantations.