Os engenheiros desenvolveram tatuagens em nanoescala – pontos e fios que aderem às células vivas – numa descoberta que coloca os investigadores um passo mais perto de monitorizar a saúde de células individuais.



A nova tecnologia permite, pela primeira vez, a colocação de elementos ópticos ou eletrônicos em células vivas com matrizes semelhantes a tatuagens que aderem às células enquanto flexionam e se adaptam à estrutura externa úmida e fluida das células.

“Se você imaginar onde tudo isso irá acontecer no futuro, gostaríamos de ter sensores para monitorar e controlar remotamente o estado de células individuais e o ambiente que cerca essas células em tempo real”, disse David Gracias, professor de química e biomolecular. engenharia da Universidade Johns Hopkins que liderou o desenvolvimento da tecnologia. “Se tivéssemos tecnologias para rastrear a saúde de células isoladas, talvez pudéssemos diagnosticar e tratar doenças muito mais cedo e não esperar até que todo o órgão fosse danificado”.

Os detalhes estão publicados em Nano Letters .

Gracias, que trabalha no desenvolvimento de tecnologias de biossensores que não sejam tóxicas e não invasivas para o corpo, disse que as tatuagens preenchem a lacuna entre células ou tecidos vivos e sensores convencionais e materiais eletrônicos. Eles são essencialmente como códigos de barras ou códigos QR, disse ele.

“Estamos falando de colocar algo como uma tatuagem eletrônica em um objeto vivo dezenas de vezes menor que a cabeça de um alfinete”, disse Gracias. "É o primeiro passo para conectar sensores e componentes eletrônicos em células vivas."

As estruturas foram capazes de aderir às células moles por 16 horas, mesmo quando as células se moviam.

Os pesquisadores construíram as tatuagens em forma de matrizes com ouro, material conhecido por sua capacidade de evitar perda ou distorção de sinal na fiação eletrônica. Eles anexaram as matrizes às células que produzem e sustentam os tecidos do corpo humano, chamadas fibroblastos. As matrizes foram então tratadas com colas moleculares e transferidas para as células usando um filme de hidrogel de alginato, um laminado semelhante a um gel que pode ser dissolvido depois que o ouro adere à célula. A cola molecular na matriz se liga a um filme secretado pelas células chamado matriz extracelular.

Pesquisas anteriores demonstraram como usar hidrogéis para colar a nanotecnologia na pele humana e em órgãos internos de animais. Ao mostrar como aderir nanofios e nanopontos a células individuais, a equipe de Gracias está abordando o desafio de longa data de tornar sensores ópticos e eletrônicos compatíveis com matéria biológica no nível de célula única.

“Mostramos que podemos anexar nanopadrões complexos a células vivas, garantindo ao mesmo tempo que a célula não morra”, disse Gracias. “É um resultado muito importante que as células possam viver e se mover com as tatuagens porque muitas vezes há uma incompatibilidade significativa entre as células vivas e os métodos que os engenheiros usam para fabricar eletrônicos”.

A capacidade da equipe de unir os pontos e fios em forma de matriz também é crucial. Para usar esta tecnologia para rastrear bioinformação, os pesquisadores devem ser capazes de organizar sensores e fiação em padrões específicos, não muito diferentes de como são organizados em chips eletrônicos.

“Esta é uma matriz com espaçamento específico”, explicou Gracias, “não um monte de pontos aleatórios”.

A equipe planeja tentar anexar nanocircuitos mais complexos que possam permanecer no local por períodos mais longos. Eles também querem fazer experiências com diferentes tipos de células.

Mais informações: Kam Sang Kwok et al, Rumo a tatuagens de células únicas:impressão por biotransferência de nanopadrões de ouro litográfico em células vivas, nano letras (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01960
Informações do diário: Nanoletras

Fornecido pela Universidade Johns Hopkins