Ett av de tester som nästan varje patient måste möta före en operation eller annan hälsointervention är ett elektrokardiogram. För att utföra denna screening, läkare använder traditionellt en uppsättning elektroder, som kan registrera hjärtats elektriska aktivitet. Frågan är:vad händer när signalen är mycket mindre, till exempel, när du vill observera aktiviteten hos små kluster av celler eller grupper av celler i vävnader?

Forskare har behandlat denna fråga i flera år, eftersom lösningen av denna nackdel kan bana väg för läkemedelsutveckling och screening. Lika viktigt, utvecklingen av dessa tekniker tillsammans med användningen av pluripotenta stamcellsderivat öppnar dörren inte bara för omedelbara tillämpningar inom hjärtområdet, men inom andra viktiga forskningsområden, såsom nervfältet.

Nu, experter vid Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), i samarbete med Institute of Materials Science of Barcelona (ICMAB-CSIC), har nått en ny milstolpe. Genom att utveckla en bioplattform som i sin kärna integrerar en organisk elektronisk enhet som kallas Electrolyte Gated Organic Field Effect Transistor (EGOFETs), forskare har kunnat övervaka den elektriska signalen från celler och mikrovävnader under långa tidsperioder.

Arbetet är resultatet av ett fruktbart multidisciplinärt samarbete mellan ett team för organiska elektroniska enheter (leds av Dr. Marta Mas-Torrent från ICMAB), ett bioingenjörsteam (leds av UB-professor Gabriel Gomila vid IBEC) och ett team för stamcellsvävnadsteknik (leds av ICREA Research Professor Núria Montserrat vid IBEC), med samarbetet kring instrumentutveckling från Dr. Tobias Cramer, från universitetet i Bologna i Italien.

"Det var häpnadsväckande att se hur den elektrofysiologiska plattformen som utvecklats med seedade hjärtceller fungerade i flera veckor utan att försämra dess prestanda. Denna förmåga öppnar oändliga tillämpningar inom biologi och biomedicin, " sa Dr Adrica Kyndiah, uppsatsens första författare och forskare vid IBEC.

Tryckta och flexibla transistorer tillverkades av Dr. Marta Mas-Torrents grupp vid ICMAB-CSIC. Sedan ytan på EGOFET, och hela plattformen, var anpassad för att samverka med hjärtcellsklustren härledda från mänskliga pluripotenta stamceller under långa tidsperioder (flera veckor). Enligt författarna till tidningen publicerad i tidskriften Biosensorer och bioelektronik , den största fördelen med att använda sådana EGOFETs för bioelektronikinspelning är trefaldig:

För det första, EGOFETs är gjorda av ett organiskt material på ett mekaniskt flexibelt underlag, de är biokompatibla till sin natur och uppvisar en robust prestanda när de används i en fysiologisk miljö. För det andra, en transistor erbjuder inneboende signalförstärkning utan användning av externa förstärkare jämfört med konventionella elektroder, vilket resulterar i högt signal/brusförhållande. Och för det tredje, den arbetar vid låga spänningar och förhindrar cellskador eller oavsiktlig cellexcitering.

Forskare vid IBEC testade inte bara enheten på hjärtceller och hjärtmikrovävnader, men undersökte också effekten av två välkända läkemedel som påverkar hjärtprestanda. Således, screening av nya föreningar i kardiomyocyter och andra pluripotenta stamcellshärledda elektriska celler (såsom neuroner) skulle nu vara möjlig. Detta framsteg skulle i sin tur resultera i minskad användning av djurmodeller för dessa applikationer.

Enligt det tvärvetenskapliga teamet, resultaten är ett bevis på konceptarbete, som skulle kunna utvidgas från in vitro-studier till in vivo-registreringar av organ och vävnader och till implanterbara enheter för att övervaka hälsan.