Studiare i cardiomiociti durante un battito cardiaco è tutt’altro che semplice. Collegare dei sensori rigidi per monitorare il funzionamento di queste cellule vorrebbe dire infatti ostacolarne il movimento. Una collaborazione tra gli scienziati della University of Tokyo, della Tokyo Women’s Medical University e dell’istituto di ricerca RIKEN, ha portato allo sviluppo di una rete elettronica estremamente morbida e flessibile che può essere intimamente collegata alle cellule del miocardio senza interromperne il movimento.

Questo sensore di dimensioni nanometriche permette di studiare i cardiomiociti durante il loro naturale movimento in un modo che non ha precedenti. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in un articolo di Nature Nanotechnology.

Un nanosensore da batticuore

Strato di cardiomiociti dello spessore di qualche decina di micron.
Strato di cardiomiociti dello spessore di qualche decina di micron. Ph: University of Tokyo

La nostra vita, si sa, è sostenuta dal battito incessante del cuore. Sfortunatamente, questo meraviglioso organo non sempre funziona perfettamente. Per tale motivo, è estremamente importante per tutti noi trovare metodi sempre più efficaci per studiarne il funzionamento.

Così quando Sunghoon Lee, ricercatore del gruppo del professor Takao Someya alla University of Tokyo, ha concepito l’idea di un sensore elettronico ultrasoft in grado di monitorare le cellule durante il loro naturale funzionamento, la sua squadra ha colto l’occasione per utilizzare questo sensore per studiare le cellule cardiache, i cardiomiociti, mentre battono.

Il nostro sensore consente ai ricercatori di studiare i cardiomiociti e altre colture cellulari in un modo più fedele a come sono in natura. La chiave è usare il sensore insieme a un substrato flessibile per far crescere le cellule.

Commenta Lee.

Il team ha utilizzato il gel di fibrina come substrato per la coltura di cardiomiociti sani estratti da cellule staminali umane.

Com’è realizzato?

Per dar vita al nanosensore i ricercatori hanno realizzato dei sottilissimi fili in poliuretano grazie ad un metodo chiamato elettrofilatura che ha permesso di estrudere i fili per formare una sorta di rete. I fili sono stati poi rivestiti in parylene allo scopo di rafforzare il sensore. Le sonde del sensore e i cavi di comunicazione sono stati invece realizzati in oro e hanno uno spessore di soli 100 nanometri. In seguito, le tre sonde ottenute sono state isolate per evitare l’interferenza tra i segnali.

Quello che si osserva grazie al sensore è essenzialmente un elettrocardiogramma. Le sonde permettono infatti di visualizzare i segnali che derivano dal battito cardiaco e che allo stesso tempo stimolano le cellule a contrarsi. Tali segnali, noti come potenziali d’azione, sono fondamentali per valutare l’effetto dei farmaci sul cuore.

I ricercatori nutrono grandi aspettative nei confronti del sensore. In futuro potrebbe essere utilizzato per svariati scopi, dalla ricerca sui farmaci allo sviluppo di dispositivi medici.

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