Les étapes cardiaques basées sur les tissus se rapprochent des nanofils intégrés

En ajoutant de minuscules capteurs électroniques à nanofils à des structures tissulaires 3D, les scientifiques ont mis au point un moyen de surveiller le comportement des cellules susceptibles de faire progresser le traitement des maladies cardiaques et neurologiques et d'accélérer le développement des coeurs issus de l'ingénierie tissulaire.
Les chercheurs savent déjà comment contrôler la forme tridimensionnelle des tissus fabriqués: ils font pousser les cellules sur de minuscules échafaudages en forme d'éponge. Ceux-ci sont ensuite implantés chez des patients ou utilisés pour étudier l'effet de nouveaux médicaments en laboratoire.
Et ils ont également été en mesure d'incorporer des capteurs électroniques dans des tissus bidimensionnels, développés en couches plates. Mais ceux-ci ne reproduisent pas la vraie nature 3D des tissus.
Maintenant, dans une nouvelle étude américaine publiée en ligne dans Matériaux naturels Cette semaine, des chercheurs du MIT, de l'Université Harvard et du Boston Children 's Hospital expliquent comment ils ont fait progresser cette technologie pour créer de véritables tissus d'ingénierie 3D intégrés à des capteurs électroniques dans l'échafaudage sous-jacent.
Dans un communiqué de presse récent, l’auteur principal, Robert Langer, professeur à l’Institut David H. Koch du MIT, se dit très enthousiasmé par cette réalisation:
"Cela nous rapproche un peu plus de la création d'un c?ur artificiel et montre comment de nouveaux nanomatériaux peuvent jouer un rôle dans ce domaine" dit Langer.
Les capteurs sont constitués de nanofils de silicium et peuvent être utilisés pour surveiller l’activité électrique des tissus autour de l’échafaudage, affirment les chercheurs.
Ils pourraient également être utilisés pour contrôler la libération de médicaments ou tester l'effet de nouveaux médicaments, par exemple sur le battement de tissu cardiaque.

Échafaudage époxy 3D avec des nanofils de silicium

Les chercheurs ont fabriqué l'échafaudage 3D en époxy, un matériau non toxique, et l'ont incorporé à des nanofils de silicium qui transportent des signaux électriques vers et depuis les cellules développées dans la structure.
Les nanofils ont une épaisseur de 30 à 80 nanomètres, soit environ 1 000 fois plus fins que les cheveux humains.
Une fois que les nanofils sont en place, l'échafaudage est ensemencé avec des cellules et le tout se transforme finalement en tissu d'ingénierie 3D incorporant de multiples capteurs minuscules.
L'équipe a choisi le silicium pour les électrodes à nanofils car elles sont stables, suffisamment petites et peuvent être implantées en toute sécurité. Ils sont également plus sensibles à l'électricité que les fils métalliques. Ils peuvent détecter une activité électrique inférieure au millième de watt, ce qui correspond au niveau d’une seule cellule.

Cellules de surveillance et vaisseaux sanguins

dans le Matériaux naturels papier, les chercheurs décrivent comment ils ont développé les tissus cardiaques, neuronaux et musculaires en utilisant leurs échafaudages incorporés dans les électrodes.
Dans l'expérience sur le tissu cardiaque, ils ont également surveillé la réponse cellulaire à la noradrénaline, un neurotransmetteur qui est libéré par les neurones du c?ur pour stimuler la fréquence cardiaque.
Dans une autre expérience, l'équipe a utilisé les échafaudages intégrés au nanofil pour faire pousser les vaisseaux sanguins et a montré que les capteurs intégrés étaient capables de surveiller les changements de pH à l'intérieur et à l'extérieur des vaisseaux.
L'implantation d'un tel dispositif chez les patients pourrait aider les médecins à surveiller les inflammations et autres événements biochimiques.
Les chercheurs disent qu'ils veulent créer des tissus qui non seulement surveillent les événements électriques et chimiques, mais y répondent également, par exemple en libérant un médicament.

Un tel dispositif se comporterait comme une boucle de rétroaction fermée, de manière similaire au système nerveux autonome. Le système détecte un changement dans le corps et envoie une action corrective en réponse.
Selon Gordana Vunjak-Novakovic, professeur de génie biomédical à l’Université de Columbia, il existe un grand besoin de cellules conçues pour répondre aux stimuli électriques. Par exemple, ce serait un grand pas en avant vers de nouvelles façons de traiter les maladies cardiaques et neurologiques.
"C'est un bel exemple de la façon dont la nanoélectronique peut être combinée à l'ingénierie tissulaire pour surveiller le comportement des cellules" dit Vunjak-Novakovic, qui n'était pas impliqué dans l'étude.
L'équipe va maintenant tester les propriétés mécaniques de l'échafaud avant de procéder à des essais sur des animaux.
Les fonds des instituts nationaux de la santé, de la fondation McKnight et de l'hôpital pour enfants de Boston ont permis de financer cette étude.
Écrit par Catharine Paddock PhD