Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) разработали новый инструмент, который отслеживает электрическую активность внутри сердечных клеток, используя крошечные датчики, которые проникают в клетки, не повреждая их. Устройство напрямую измеряет движение и скорость электрических сигналов, проходящих внутри одной клетки сердца и между несколькими сердечными клетками – в том числе в напечатанных 3D-тканях, сообщает пресс-служба вуза. Описание разработки появилось в журнале Nature Nanotechnology.
Новый датчик позволяет сделать изображения с очень высоким разрешением, которые показывают, что происходит в сердце: какие клетки работают со сбоями, какие части не синхронизированы с другими. По таким «картам» исследователи могут определить, где электрический сигнал проходит слабо.
Устройство состоит из трехмерного массива микроскопических полевых транзисторов, которые имеют форму заостренных наконечников. Эти крошечные полевые транзисторы проникают сквозь клеточные мембраны, не повреждая их. Они достаточно чувствительны, чтобы обнаруживать электрические сигналы – даже очень слабые – непосредственно внутри клеток. Полевые транзисторы могут одновременно отслеживать сигналы от нескольких клеток и даже с разных участков одной и той же клетки. Чтобы датчики могли долго оставаться внутри клеток, их покрывают фосфолипидным двойным слоем.
Создавая устройство, команда сначала изготовила полевые транзисторы в виде двухмерных форм, а затем прикрепила отдельные точки этих форм к предварительно растянутому листу эластомера. Затем ученые ослабили лист эластомера – и устройство изогнулось, а полевые транзисторы сложились в трехмерную структуру, чтобы они могли проникать внутрь клеток. Это похоже на книгу с объемными картинками: когда мы ее открываем, картинки-панорамы вырастают вертикально. Так и новое устройство: сначала оно представляет собой плоский лист, а под действием сжимающей силы становится объемным – наконечники «выскакивают» на некоторых участках.
Команда проверила устройство на культурах клеток сердечной мышцы и на тканях сердца, выращенных в лаборатории. Ученые разместили образцы наверху устройства, а затем следили за электрическими сигналами, которые улавливали датчики полевых транзисторов. Увидев, какие датчики первыми обнаружили сигнал, и измерив время, за которое другие датчики ловили сигнал, команда смогла определить направление сигналов и их скорость – как для тех, что перемещаются между соседними клетками, так и – впервые – для тех, что перемещаются внутри одной клетки сердечной мышцы.
Также ученые заметили, что сигналы внутри отдельных сердечных клеток проходят почти в пять раз быстрее, чем сигналы между несколькими клетками.
Устройство может помочь получить более подробные сведения о сердечных заболеваниях, таких как аритмия (нарушение сердечного ритма), сердечный приступ и сердечный фиброз (уплотнение или утолщение сердечной ткани).
[Иллюстрация: YUE GU]
