Новая технология впервые позволяет размещать оптические элементы или электронику на живых клетках с помощью массивов, напоминающих татуировки, которые прилипают к клеткам, изгибаясь и подстраиваясь под их влажную и текучую внешнюю структуру.

Если представить, к чему все это приведет в будущем, то мы хотели бы иметь датчики для дистанционного мониторинга и контроля состояния отдельных клеток и среды, окружающей эти клетки, в режиме реального времени, — говорит Дэвид Грасиас, профессор химической и биомолекулярной инженерии Университета Джона Хопкинса, возглавлявший разработку технологии.

Если бы у нас были технологии, позволяющие отслеживать состояние изолированных клеток, мы могли бы диагностировать и лечить заболевания гораздо раньше, а не ждать, пока будет поврежден весь орган.

Подробности опубликованы в журнале Nano Letters.

По словам Грасиаса, занимающегося разработкой нетоксичных и неинвазивных для организма биосенсорных технологий, татуировки позволяют преодолеть разрыв между живыми клетками или тканями и обычными датчиками и электронными материалами. По сути, они похожи на штрих-коды или QR-коды, сказал он.

Мы говорим о том, чтобы нанести нечто вроде электронной татуировки на живой объект размером в десятки раз меньше булавочной головки, — сказал Грасиас.

Это первый шаг к прикреплению датчиков и электроники к живым клеткам.

Структуры были способны прилипать к мягким клеткам в течение 16 часов, даже когда клетки двигались.

Исследователи создали «татуировки» в виде массивов из золота — материала, известного своей способностью предотвращать потерю или искажение сигнала в электронных проводах. Массивы прикреплялись к клеткам, которые образуют и поддерживают ткани в организме человека, — фибробластам. Затем решетки были обработаны молекулярными клеями и перенесены на клетки с помощью альгинатной гидрогелевой пленки — гелеобразного ламината, который может быть растворен после приклеивания золота к клетке. Молекулярный клей, нанесенный на матрицу, соединяется с пленкой, выделяемой клетками, которая называется внеклеточным матриксом.

Предыдущие исследования показали, как с помощью гидрогелей можно приклеивать нанотехнологии к коже человека и внутренним органам животных. Показав, как приклеивать нанопроволоки и наноточки к отдельным клеткам, команда Грасиаса решает давнюю проблему создания оптических датчиков и электроники, совместимых с биологической материей на уровне отдельных клеток.

Мы показали, что можем прикреплять сложные наношаблоны к живым клеткам, не допуская при этом их гибели, — сказал Грасиас.

Это очень важный результат, поскольку клетки могут жить и двигаться вместе с татуировками, так как зачастую существует значительная несовместимость между живыми клетками и методами, используемыми инженерами для создания электроники.

Способность команды прикреплять точки и провода в виде массива также имеет решающее значение. Чтобы использовать эту технологию для отслеживания биоинформации, исследователи должны уметь располагать датчики и провода по определенным схемам, не похожим на то, как они расположены в электронных чипах.

Это массив с определенными интервалами, — пояснил Грасиас, — а не бессистемное скопление точек.

Команда планирует попробовать прикрепить более сложные наносхемы, которые смогут оставаться на месте в течение длительного времени. Они также хотят провести эксперименты с различными типами клеток.