Des chercheurs dirigés par des ingénieurs biomédicaux de l'Université Tufts ont inventé une puce microfluidique contenant des cellules cardiaques capables d'imiter les conditions hypoxiques à la suite d'une crise cardiaque, en particulier lorsqu'une artère est bloquée dans le cœur puis débloquée après le traitement. La puce contient des réseaux multiplexés de capteurs électroniques placés à l'extérieur et à l'intérieur des cellules qui peuvent détecter la montée et la chute de la tension à travers les membranes cellulaires individuelles, ainsi que des ondes de tension se déplaçant à travers la couche cellulaire, qui font battre les cellules à l'unisson dans la puce, comme ils le font dans le cœur. Après avoir réduit les niveaux d'oxygène dans le fluide à l'intérieur de l'appareil, les capteurs détectent une période initiale de tachycardie (rythme accéléré), suivi d'une réduction de la fréquence des battements et finalement d'une arythmie qui ressemble à un arrêt cardiaque.

La recherche, Publié dans Lettres nano , est une avancée significative vers la compréhension des réponses électrophysiologiques au niveau cellulaire aux crises cardiaques ischémiques, et pourrait être appliqué au développement futur de médicaments. L'article a été sélectionné par l'American Chemical Society comme choix de la rédaction, et est disponible en libre accès.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) restent la principale cause de décès dans le monde, avec la plupart des patients souffrant d'ischémie cardiaque, qui survient lorsqu'une artère alimentant le cœur en sang est partiellement ou totalement bloquée. Si l'ischémie se produit sur une période prolongée, le tissu cardiaque est privé d'oxygène (une condition appelée "hypoxie"), et peut entraîner la mort des tissus, ou infarctus du myocarde. Les modifications des cellules et des tissus cardiaques induites par l'hypoxie comprennent des modifications des potentiels de tension à travers la membrane cellulaire, libération de neurotransmetteurs, changements dans l'expression des gènes, fonctions métaboliques altérées, et l'activation ou la désactivation des canaux ioniques.

La technologie de biocapteur utilisée dans la puce microfluidique combine des réseaux multi-électrodes qui peuvent fournir des lectures extracellulaires des modèles de tension, avec des sondes à nanopiliers qui pénètrent dans la membrane pour relever les niveaux de tension (potentiels d'action) dans chaque cellule. De minuscules canaux dans la puce permettent aux chercheurs d'ajuster en continu et avec précision le fluide circulant sur les cellules, abaisser les niveaux d'oxygène à environ 1-4 pour cent pour imiter l'hypoxie ou augmenter l'oxygène à 21 pour cent pour modéliser des conditions normales. Les conditions changeantes visent à modéliser ce qui arrive aux cellules du cœur lorsqu'une artère est bloquée, puis rouvert par traitement.