2 de enero de 2019
Por primera vez, ingenieros desarrollaron un dispositivo electrónico para monitorear de cerca las células cardíacas latentes sin afectar su comportamiento. Una colaboración entre la Universidad de Tokio, la Universidad Médica de Mujeres de Tokio y el Instituto RIKEN, en Japón, produjo una muestra funcional de células cardíacas con un sensor de nanomesh (nuevo material inorgánico bidimensional nanoestructurado) suave en contacto directo con el tejido. Este dispositivo podría ayudar al estudio de otras células, órganos y medicamentos. También allana el camino para la creación de futuros dispositivos médicos integrados.
Cada uno de nosotros posee un corazón que sostiene la vida. Desafortunadamente, el órgano no siempre es perfecto y algunas veces tiene defectos. De una forma u otra, los estudios científicos sobre el corazón son sumamente importantes para los seres humanos. Entonces, cuando Sunghoon Lee, investigador en el grupo del profesor Takao Someya de la Universidad de Tokio, tuvo la idea de un sensor electrónico ultrasuave que pudiera monitorear las células en funcionamiento, su equipo aprovechó la oportunidad de usar este sensor para estudiar las células del corazón —o cardiomiocitos— a medida que latían.
“Cuando los investigadores estudian los cardiomiocitos en acción, los cultivan en placas Petri duras y conectan sondas sensoras rígidas. Éstas impiden la tendencia natural de las células a moverse cuando la muestra late, por lo que las observaciones no reflejan bien la realidad“, detalló Lee. “Nuestro sensor de nanomesh brinda libertad a los investigadores para estudiar los cardiomiocitos y otros cultivos celulares de una manera más fiel a cómo se encuentran en la naturaleza. La clave es usar el sensor junto con un sustrato, o base, flexible para que las células crezcan“.
Para este trabajo, los colaboradores de la Universidad Médica de Mujeres de Tokio suministraron un cultivo saludable de cardiomiocitos derivados de células madre humanas. La base para el cultivo era un material muy suave llamado gel de fibrina. Lee colocó el sensor nanomesh sobre el cultivo celular en un proceso complejo, que involucró la eliminación y la adición de medio líquido en los momentos adecuados. Esto fue importante para orientar correctamente el sensor nanomesh.
“El sensor de malla fina es difícil de colocar a la perfección. Esto refleja el delicado toque necesario para fabricarlo en primer lugar“, continuó Lee. “Las hebras de poliuretano que subyacen en todo el sensor de malla son 10 veces más delgadas que un cabello humano. Tomó mucha práctica y llevó mi paciencia al límite, pero finalmente hice algunos prototipos funcionales“.
Para hacer los sensores, primero, un proceso llamado electro-hilado extruye hilos de poliuretano ultrafino en una hoja plana, similar a cómo funcionan algunas impresoras 3D comunes. Esta hoja, similar a una tela de araña, se reviste con parileno, un tipo de plástico, para fortalecerla. El parileno en ciertas secciones de la malla se elimina mediante un proceso de grabado en seco con una plantilla. Luego se aplica oro a estas áreas para hacer las sondas de los sensores y los cables de comunicación. El parileno adicional aísla las sondas para que sus señales no interfieran entre sí.
Con tres sondas, el sensor lee el voltaje presente en tres ubicaciones. La lectura es esencialmente un cardiograma y, gracias a las múltiples sondas, los investigadores pueden observar la propagación de señales, que resultan de y activan las células para latir. Dichas señales se conocen como una acción o potencial de campo y son extremadamente importantes al evaluar el efecto de medicamentos en el corazón.
“Las muestras farmacológicas deben llegar a la muestra de células y un sensor sólido podría distribuir el medicamento de manera deficiente o impedir que llegue a la muestra por completo. Por lo tanto, la naturaleza porosa del sensor fue intencional y una fuerza impulsora detrás de toda la idea“, explicó Lee. “Ya sea para la investigación sobre medicamentos, monitores cardíacos o para reducir las pruebas en animales, no puedo esperar a ver este dispositivo producido y usado en el campo. Todavía siento una sensación poderosa cuando veo las imágenes de cerca de esos hilos dorados“.
