Наноразмерные «татуировки» для отдельных клеток могут предупреждать о проблемах со здоровьем
Инженеры разработали наноразмерные «татуировки» — точки и провода, которые прилипают к живым клеткам. Этот прорыв приближает исследователей к отслеживанию состояния здоровья отдельных клеток.
Новая технология впервые позволяет размещать оптические элементы или электронику на живых клетках с помощью массивов, похожих на татуировки. Они прилипают к клеткам, одновременно изгибаясь и повторяя влажную и текучую внешнюю структуру клеток.
«Если представить, к чему это ведёт в будущем, мы хотели бы иметь датчики для удалённого мониторинга и контроля состояния отдельных клеток и окружающей их среды в реальном времени», — сказал Дэвид Грасиас, профессор химической и биомолекулярной инженерии в Университете Джонса Хопкинса. — «Если бы у нас были технологии для отслеживания здоровья изолированных клеток, мы могли бы, возможно, диагностировать и лечить заболевания гораздо раньше, не дожидаясь повреждения всего органа».
Детали опубликованы в журнале Nano Letters.
Грасиас, работающий над созданием нетоксичных и неинвазивных для организма биосенсорных технологий, заявил, что «татуировки» устраняют разрыв между живыми клетками или тканью и обычными датчиками и электронными материалами. По сути, они похожи на штрих-коды или QR-коды.
«Мы говорим о том, чтобы поместить что-то вроде электронной татуировки на живой объект, в десятки раз меньший, чем булавочная головка», — сказал Грасиас. — «Это первый шаг к прикреплению датчиков и электроники к живым клеткам».
Конструкции смогли прилипнуть к мягким клеткам на 16 часов, даже когда клетки двигались.
Исследователи создали «татуировки» в виде массивов из золота — материала, известного своей способностью предотвращать потерю или искажение сигнала в электронной проводке. Они прикрепили массивы к фибробластам — клеткам, которые создают и поддерживают ткань в организме человека. Затем массивы обработали молекулярными клеями и перенесли на клетки с помощью альгинат-гидрогелевой плёнки — гелеобразного ламината, который можно растворить после прилипания золота к клетке. Молекулярный клей на массиве связывается с плёнкой, выделяемой клетками, — внеклеточным матриксом.
Предыдущие исследования показали, как использовать гидрогели для прикрепления нанотехнологий к коже человека и внутренним органам животных. Продемонстрировав, как прикрепить нанопровода и наноточки к отдельным клеткам, команда Грасиаса решает давнюю проблему совместимости оптических датчиков и электроники с биологическим материалом на уровне одной клетки.
«Мы показали, что можем прикреплять сложные наноузоры к живым клеткам, гарантируя, что клетка не погибнет», — сказал Грасиас. — «Очень важный результат, что клетки могут жить и двигаться с татуировками, потому что между живыми клетками и методами, которые инженеры используют для изготовления электроники, часто существует значительная несовместимость».
Способность команды прикреплять точки и провода в форме массива также имеет решающее значение. Чтобы использовать эту технологию для отслеживания биоинформации, исследователи должны иметь возможность располагать датчики и проводку в определённых узорах, подобно тому, как они расположены в электронных чипах.
«Это массив с определённым интервалом, — пояснил Грасиас, — а не беспорядочная кучка точек».
Команда планирует попытаться прикрепить более сложные наносхемы, которые смогут оставаться на месте дольше. Они также хотят экспериментировать с разными типами клеток.