Les ingénieurs ont développé des tatouages à l'échelle nanométrique (des points et des fils qui adhèrent aux cellules vivantes) dans le cadre d'une avancée majeure qui rapproche les chercheurs du suivi de la santé des cellules individuelles.
La nouvelle technologie permet pour la première fois de placer des éléments optiques ou électroniques sur des cellules vivantes avec des réseaux ressemblant à des tatouages qui collent aux cellules tout en fléchissant et en s'adaptant à la structure externe humide et fluide des cellules.
"Si vous imaginez où tout cela nous mènera à l'avenir, nous aimerions disposer de capteurs pour surveiller et contrôler à distance l'état des cellules individuelles et l'environnement entourant ces cellules en temps réel", a déclaré David Gracias, professeur de chimie et biomoléculaire. ingénieur à l'Université Johns Hopkins qui a dirigé le développement de la technologie. "Si nous disposions de technologies permettant de suivre la santé des cellules isolées, nous pourrions peut-être diagnostiquer et traiter les maladies beaucoup plus tôt et ne pas attendre que l'organe tout entier soit endommagé."
Les détails sont publiés dans Nano Letters .
Gracias, qui travaille au développement de technologies de biocapteurs non toxiques et non invasives pour le corps, a déclaré que les tatouages comblent le fossé entre les cellules ou tissus vivants et les capteurs et matériaux électroniques conventionnels. Ils ressemblent essentiellement à des codes-barres ou des codes QR, a-t-il expliqué.
"Nous parlons de mettre quelque chose comme un tatouage électronique sur un objet vivant des dizaines de fois plus petit qu'une tête d'épingle", a déclaré Gracias. "C'est la première étape vers la fixation de capteurs et d'électronique sur des cellules vivantes."
Les structures ont pu adhérer aux cellules molles pendant 16 heures, même lorsque les cellules bougeaient.
Les chercheurs ont construit les tatouages sous forme de matrices avec de l'or, un matériau connu pour sa capacité à empêcher la perte ou la distorsion du signal dans le câblage électronique. Ils ont attaché les réseaux à des cellules qui fabriquent et maintiennent les tissus du corps humain, appelées fibroblastes. Les matrices ont ensuite été traitées avec des colles moléculaires et transférées sur les cellules à l’aide d’un film d’hydrogel d’alginate, un stratifié semblable à un gel qui peut être dissous une fois que l’or a adhéré à la cellule. La colle moléculaire présente sur le réseau se lie à un film sécrété par les cellules appelé matrice extracellulaire.
Des recherches antérieures ont démontré comment utiliser des hydrogels pour coller la nanotechnologie sur la peau humaine et les organes internes des animaux. En montrant comment faire adhérer des nanofils et des nanopoints sur des cellules individuelles, l'équipe de Gracias relève le défi de longue date consistant à rendre les capteurs optiques et l'électronique compatibles avec la matière biologique au niveau d'une seule cellule.
"Nous avons montré que nous pouvons attacher des nanomodèles complexes à des cellules vivantes, tout en garantissant que la cellule ne meure pas", a déclaré Gracias. "Le fait que les cellules puissent vivre et se déplacer avec les tatouages est un résultat très important, car il existe souvent une incompatibilité significative entre les cellules vivantes et les méthodes utilisées par les ingénieurs pour fabriquer des composants électroniques."
La capacité de l’équipe à attacher les points et les fils sous forme de réseau est également cruciale. Pour utiliser cette technologie pour suivre la bioinformation, les chercheurs doivent être capables d'organiser les capteurs et le câblage selon des modèles spécifiques, un peu comme ils le sont dans les puces électroniques.
"Il s'agit d'un tableau avec un espacement spécifique", a expliqué Gracias, "pas d'un ensemble de points aléatoires."
L’équipe prévoit d’essayer de connecter des nanocircuits plus complexes pouvant rester en place plus longtemps. Ils souhaitent également expérimenter différents types de cellules.
Plus d'informations : Kam Sang Kwok et al, Vers des tatouages unicellulaires :impression par biotransfert de nanomotifs d'or lithographiques sur des cellules vivantes, Nano Letters (2023). DOI :10.1021/acs.nanolett.3c01960
Informations sur le journal : Lettres nano
Fourni par l'Université Johns Hopkins
