Débloquer des enregistrements intracellulaires plus riches – Technoguide

Derrière chaque battement de cœur et chaque signal cérébral se cache un orchestre massif d’activité électrique. Alors que les techniques d’observation électrophysiologiques actuelles se sont principalement limitées aux enregistrements extracellulaires, un groupe de chercheurs avant-gardistes de l’Université Carnegie Mellon et de l’Istituto Italiano di Tecnologia a identifié une plate-forme flexible, peu coûteuse et biocompatible pour permettre des enregistrements intracellulaires plus riches.

Le partenariat unique «à travers l’océan» du groupe a débuté il y a deux ans à la Bioelectronics Winter School (BioEl) avec des libations et un croquis de serviette de bar. Il est devenu une recherche publiée aujourd’hui dans Science Advances, détaillant une nouvelle plate-forme de microélectrodes qui exploite le graphène flou tridimensionnel (3DFG) pour permettre des enregistrements intracellulaires plus riches des potentiels d’action cardiaque avec un rapport signal / bruit élevé. Cette avancée pourrait révolutionner la recherche en cours liée aux maladies neurodégénératives et cardiaques, ainsi que le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Leader clé dans ce travail, Tzahi Cohen-Karni, professeur agrégé de génie biomédical et de science et génie des matériaux, a étudié les propriétés, les effets et les applications potentielles du graphène tout au long de sa carrière. Maintenant, il fait un pas de collaboration dans une direction différente, en utilisant une orientation de croissance verticale du matériau extraordinaire à base de carbone (3DFG) pour accéder au compartiment intracellulaire de la cellule et enregistrer l’activité électrique intracellulaire.

En raison de ses propriétés électriques uniques, le graphène se distingue comme un candidat prometteur pour les dispositifs de biodétection à base de carbone. Des études récentes ont montré le déploiement réussi de biocapteurs de graphène pour surveiller l’activité électrique des cardiomyocytes, ou cellules cardiaques, à l’extérieur des cellules, ou en d’autres termes, des enregistrements extracellulaires des potentiels d’action. Les enregistrements intracellulaires, en revanche, sont restés limités en raison d’outils inefficaces … jusqu’à présent.

«Notre objectif est d’enregistrer l’ensemble de l’orchestre – pour voir tous les courants ioniques qui traversent la membrane cellulaire – pas seulement le sous-ensemble de l’orchestre montré par les enregistrements extracellulaires», explique Cohen-Karni. “L’ajout de la dimension dynamique des enregistrements intracellulaires est fondamentalement important pour le dépistage des médicaments et les tests de toxicité, mais ce n’est qu’un aspect important de notre travail.”

«Le reste, ce sont les progrès technologiques», poursuit Cohen-Karni. «3DFG est une plate-forme bon marché, flexible et entièrement en carbone; aucun métal n’est impliqué. Nous pouvons générer des électrodes de la taille d’une tranche de ce matériau pour permettre des enregistrements intracellulaires multi-sites en quelques secondes, ce qui est une amélioration significative par rapport à un outil existant, comme un patch clamp, qui nécessite des heures de temps et d’expertise. “

Alors, comment ça marche? S’appuyant sur une technique développée par Michele Dipalo et Francesco De Angelis, chercheurs de l’Istituto Italiano di Tecnologia, un laser ultra-rapide est utilisé pour accéder à la membrane cellulaire. En projetant de courtes impulsions de laser sur l’électrode 3DFG, une zone de la membrane cellulaire devient poreuse d’une certaine manière, ce qui permet d’enregistrer l’activité électrique à l’intérieur de la cellule. Ensuite, les cardiomyocytes sont cultivés pour étudier plus en détail les interactions entre les cellules.

Fait intéressant, 3DFG est noir et absorbe la plupart de la lumière, ce qui se traduit par des propriétés optiques uniques. Combiné à sa structure en forme de mousse et à son énorme surface exposée, 3DFG possède de nombreuses caractéristiques souhaitables nécessaires pour fabriquer de petits biocapteurs.

«Nous avons développé une électrode plus intelligente, une électrode qui nous permet un meilleur accès», souligne Cohen-Karni. «Le plus grand avantage de mon côté est que nous pouvons avoir accès à cette richesse de signaux, pour être en mesure d’examiner les processus d’importance intracellulaire. Avoir un outil comme celui-ci va révolutionner la façon dont nous pouvons étudier les effets de la thérapeutique sur les organes terminaux, tels que le cœur.”

Au fur et à mesure que ce travail avance, l’équipe prévoit d’appliquer ses connaissances dans les interfaces cellules / tissus à grande échelle, afin de mieux comprendre le développement tissulaire et la toxicité des composés chimiques (par exemple, la toxicité des médicaments).

Source de l’histoire:

Matériel fourni par le College of Engineering, Carnegie Mellon University. Original écrit par Sara Vaccar. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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