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Un nouveau capteur semblable à un bracelet Slap étudie les cellules cardiaques dans des détails sans précédent

Un nouveau capteur semblable à un bracelet Slap étudie les cellules cardiaques dans des détails sans précédent

Les chercheurs ont créé un nouveau type de capteur qui s'enroule autour du tissu cellulaire du cœur en culture, leur permettant d'étudier comment ces cellules interagissent les unes avec les autres comme elles le feraient dans le corps humain en réponse à différents traitements.

Les nouveaux capteurs de braclet Slap donnent une toute nouvelle perspective sur les structures des cellules cardiaques 3D

Des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon (CMU) et de l'Université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapour) ont construit ce qu'ils appellent une plate-forme d'organe sur puce électronique (OE-chip) qui peut mesurer l'électrophysiologie des cellules cardiaques cultivées dans un structure tridimensionnelle, offrant aux scientifiques une perspective sans précédent sur la façon dont ces cellules communiquent entre elles.

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Les méthodes actuelles pour étudier comment différents médicaments affectent les cellules cardiaques ont été limitées par des considérations physiques. «Pendant des décennies, l'électrophysiologie a été réalisée à l'aide de cellules et de cultures sur des surfaces bidimensionnelles, telles que des boîtes de culture», a déclaré Tzahi Cohen-Karni, professeur agrégé de génie biomédical et de science et génie des matériaux à la CMU. «Nous essayons de contourner le défi de lire les schémas électriques du cœur en 3D en développant un moyen de rétrécir les capteurs autour des cellules cardiaques et d'extraire des informations électrophysiologiques de ce tissu.

Le capteur que les chercheurs ont développé, décrit dans un article publié dans la revue Progrès scientifiques, commence comme un capteur normal, plat et rectangulaire sur lequel est placée une structure tridimensionnelle cultivée de cellules cardiaques.

Ensuite, en gravant une couche inférieure de germanium appelée `` couche de sacrifice '', la tension structurelle maintenant le capteur à plat est rompue de la même manière que la tension qui maintient un bracelet à claque droite se rompt lorsque le côté incurvé du bracelet frappe le poignet d'une personne. Sans cette tension, le capteur s'enroule en forme de tonneau comme le fait le bracelet à claques, s'enroulant autour de la structure du tissu.

Les chercheurs ont utilisé des structures appelées sphéroïdes cardiaques pour tester leur nouveau capteur. Ces structures sont des organoïdes allongés constitués de cellules cardiaques et mesurent environ la largeur de deux ou trois cheveux humains. En enroulant le capteur autour de la structure cellulaire de cette manière, ils sont capables de tester les signaux électriques qui traversent les cellules avec un niveau de précision qui n'est pas possible avec un capteur bidimensionnel.

«L'analyse mécanique du processus d'enroulement nous permet de contrôler précisément la forme des capteurs pour assurer un contact conforme entre les capteurs et le tissu cardiaque», a déclaré Jimmy Hsia, ancien membre du corps professoral de la CMU et maintenant professeur et doyen du Graduate College de NTU Singapour. «La technique ajuste également automatiquement le niveau du« toucher »délicat entre les capteurs et le tissu de sorte que des signaux électriques de haute qualité sont mesurés sans changer les conditions physiologiques du tissu en raison de la pression externe.»

Les chercheurs espèrent que le capteur permettra de tester différents médicaments sur des processus dans des cellules cardiaques en culture qui jusqu'à présent n'étaient pas testables.

«Cette plate-forme pourrait être utilisée pour faire des recherches sur la régénération et la maturation des tissus cardiaques qui pourraient potentiellement être utilisées pour traiter les tissus endommagés après une crise cardiaque, par exemple, ou pour développer de nouveaux médicaments pour traiter les maladies», a déclaré Anna Kalmykov, Ph.D. étudiant en génie biomédical à la CMU et auteur principal de l'article.


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