Een van de tests die bijna elke patiënt moet ondergaan vóór een operatie of andere gezondheidsinterventie, is een elektrocardiogram. Om deze screening uit te voeren, artsen gebruiken traditioneel een set elektroden, die de elektrische activiteit van het hart kunnen registreren. De vraag is:wat gebeurt er als het signaal veel kleiner is, bijvoorbeeld, wanneer u de activiteit van kleine clusters van cellen of groepen cellen in weefsels wilt observeren?

Wetenschappers houden zich al jaren bezig met dit probleem, omdat het oplossen van dit nadeel de weg kan effenen voor de ontwikkeling en screening van geneesmiddelen. Even belangrijk, de ontwikkeling van deze technieken samen met het gebruik van pluripotente stamcelderivaten opent niet alleen de deur naar onmiddellijke toepassingen in het hartveld, maar op andere belangrijke onderzoeksgebieden, zoals het neurale veld.

Nutsvoorzieningen, deskundigen van het Instituut voor Bio-engineering van Catalonië (IBEC), in samenwerking met het Institute of Materials Science van Barcelona (ICMAB-CSIC), een nieuwe mijlpaal hebben bereikt. Door een bioplatform te ontwikkelen dat in zijn kern een organisch elektronisch apparaat integreert, Electrolyte Gated Organic Field Effect Transistor (EGOFET's), onderzoekers hebben het elektrische signaal van cellen en microweefsels gedurende lange tijd kunnen volgen.

Het werk is het resultaat van een vruchtbare multidisciplinaire samenwerking tussen een team voor organische elektronische apparaten (onder leiding van Dr. Marta Mas-Torrent van ICMAB), een team voor bio-engineering (onder leiding van UB-professor Gabriel Gomila bij IBEC) en een team voor stamceltechnologie (onder leiding van ICREA-onderzoeksprofessor Núria Montserrat bij IBEC), met de samenwerking op instrumentatieontwikkeling van Dr. Tobias Cramer, van de Universiteit van Bologna in Italië.

"Het was verbazingwekkend om te zien hoe het elektrofysiologische platform, ontwikkeld met gezaaide hartcellen, enkele weken functioneel was zonder de prestaties te verminderen. Deze mogelijkheid opent eindeloze toepassingen in de biologie en de biogeneeskunde, " zei dr. Adrica Kyndiah, eerste auteur van het artikel en onderzoeker bij IBEC.

Gedrukte en flexibele transistors werden vervaardigd door de groep van Dr. Marta Mas-Torrent bij ICMAB-CSIC. Dan het oppervlak van de EGOFET, en het volledige platform, werd aangepast om de hartcelclusters afgeleid van menselijke pluripotente stamcellen gedurende lange tijdsperioden (enkele weken) te koppelen. Volgens de auteurs van het artikel gepubliceerd in het tijdschrift Biosensoren en bio-elektronica , het belangrijkste voordeel van het gebruik van dergelijke EGOFET's voor bio-elektronica-opname is drievoudig:

Allereerst, EGOFET's zijn gemaakt van een organisch materiaal op een mechanisch flexibel substraat, ze zijn biocompatibel van aard en vertonen een robuuste prestatie wanneer ze in een fysiologische omgeving worden gebruikt. Ten tweede, een transistor biedt intrinsieke signaalversterking zonder het gebruik van externe versterkers in vergelijking met conventionele elektroden, wat resulteert in een hoge signaal-ruisverhouding. En ten derde, het werkt bij lage spanningen en voorkomt celbeschadiging of onbedoelde celexcitatie.

Onderzoekers van IBEC testten het apparaat niet alleen op hartcellen en cardiale microweefsels, maar onderzocht ook het effect van twee bekende geneesmiddelen die de hartprestaties beïnvloeden. Dus, screening van nieuwe verbindingen in cardiomyocyten en andere van pluripotente stamcellen afgeleide elektrische cellen (zoals neuronen) zou nu mogelijk zijn. Deze vooruitgang zou op zijn beurt leiden tot een vermindering van het gebruik van diermodellen voor deze toepassingen.

Volgens het multidisciplinaire team de resultaten zijn een proof of concept werk, die zou kunnen worden uitgebreid van in-vitro-onderzoek naar in-vivo-opnames van organen en weefsels en naar implanteerbare apparaten om de gezondheid te bewaken.