Forscher haben eine neue Art von Sensor entwickelt, der sich um kultiviertes Herzzellgewebe wickelt und es ihnen ermöglicht, zu untersuchen, wie diese Zellen wie im menschlichen Körper als Reaktion auf verschiedene Behandlungen miteinander interagieren.
Neue Slap Braclet-Sensoren bieten eine völlig neue Perspektive auf 3D-Herzzellstrukturen
Forscher der Carnegie Mellon University CMU und der Nanyang Technological University in Singapur NTU Singapore haben eine sogenannte Organ-on-a-Electronic-Chip-Plattform OE-Chip entwickelt, mit der die Elektrophysiologie kultivierter Herzzellen gemessen werden kannin einer dreidimensionalen Struktur, die Wissenschaftlern eine beispiellose Perspektive bietet, wie diese Zellen miteinander kommunizieren.
VERBINDUNG: WISSENSCHAFTLER 3D-DRUCK HERZ MIT MENSCHLICHEM GEWEBE ZUM ERSTEN MAL
Aktuelle Methoden zur Untersuchung, wie verschiedene Medikamente Herzzellen beeinflussen, wurden durch physikalische Überlegungen eingeschränkt. "Jahrzehntelang wurde die Elektrophysiologie unter Verwendung von Zellen und Kulturen auf zweidimensionalen Oberflächen wie Kulturschalen durchgeführt", sagte Tzahi Cohen-Karni, Associate Professorof Biomedical Engineering und Materials Science & Engineering an der CMU. "Wir versuchen, die Herausforderung zu umgehen, die elektrischen Muster des Herzens in 3D zu lesen, indem wir eine Möglichkeit entwickeln, Sensoren um Herzzellen zu schrumpfen und elektrophysiologische Informationen aus diesem Gewebe zu extrahieren."
Der von den Forschern entwickelte Sensor, beschrieben in a Papier veröffentlicht im Tagebuch Fortschritte in der Wissenschaft beginnt wie ein normaler, flacher, rechteckiger Sensor, auf den eine kultivierte dreidimensionale Struktur von Herzzellen gelegt wird.
Durch Ätzen einer unteren Germaniumschicht, die als "Opferschicht" bezeichnet wird, wird die strukturelle Spannung, die den Sensor flach hält, auf die gleiche Weise gebrochen, wie die Spannung, die ein Schlagarmband gerade hält, bricht, wenn die gekrümmte Seite des Armbands auf das Handgelenk einer Person trifftOhne diese Spannung rollt sich der Sensor wie das Schlagarmband in eine tonnenförmige Form und wickelt sich um die Gewebestruktur.
Die Forscher verwendeten Strukturen, die als Herzsphäroide bekannt sind, um ihren neuen Sensor zu testen. Diese Strukturen sind längliche Organoide aus Herzzellen und haben etwa die Breite von zwei oder drei menschlichen Haaren. Indem sie den Sensor auf diese Weise um die Zellstruktur wickeln, werden siesind in der Lage, die elektrischen Signale, die durch die Zellen verlaufen, mit einer Genauigkeit zu testen, die mit einem zweidimensionalen Sensor nicht möglich ist.
„Die mechanische Analyse des Roll-up-Prozesses ermöglicht es uns, die Form der Sensoren präzise zu steuern, um einen konformen Kontakt zwischen den Sensoren und dem Herzgewebe sicherzustellen“, sagte Jimmy Hsia, ehemaliges Mitglied der CMU-Fakultät und jetzt Professor und Dekan derGraduate College der NTU Singapur: „Die Technik passt auch automatisch den Grad der empfindlichen Berührung zwischen den Sensoren und dem Gewebe so an, dass hochwertige elektrische Signale gemessen werden, ohne dass sich die physiologischen Bedingungen des Gewebes aufgrund von äußerem Druck ändern.“
Die Forscher hoffen, dass der Sensor das Testen verschiedener Medikamente auf Prozesse in kultivierten Herzzellen ermöglicht, die bisher nicht testbar waren.
"Diese Plattform könnte verwendet werden, um die Regeneration und Reifung von Herzgewebe zu erforschen, die möglicherweise zur Behandlung von geschädigtem Gewebe nach einem Herzinfarkt oder zur Entwicklung neuer Medikamente zur Behandlung von Krankheiten verwendet werden können", sagte Anna Kalmykov, Ph.D. Student der Biomedizintechnik an der CMU und Hauptautor der Arbeit.