Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad Carnegie Mellon ha creado una nueva tecnología que mejora la capacidad de los científicos para comunicarse con las células neurales utilizando la luz. Tzahi Cohen-Karni, profesor asociado de ingeniería biomédica y ciencia e ingeniería de materiales, dirigió un equipo que sintetizógrafeno difuso tridimensional en una plantilla de nanocables para crear un material superior para células fototérmicamente estimulantes. El grafeno difuso tridimensional 3D con plantilla NW NT-3DFG permite la estimulación óptica remota sin necesidad de modificación genética y utiliza órdenes de magnitud menorenergía que los materiales disponibles, evitando el estrés celular.
El grafeno es abundante, barato y biocompatible. El laboratorio de Cohen-Karni ha estado trabajando con el grafeno durante varios años, desarrollando una técnica para sintetizar el material en topologías 3D que ha denominado grafeno "difuso". Al crecer en dos dimensiones 2Del grafeno forma escamas fuera del plano en una estructura de nanocables de silicio, pueden crear una estructura 3D con absorción óptica de banda ancha y una eficiencia fototérmica sin igual.
Estas propiedades lo hacen ideal para la modulación de la electrofisiología celular usando luz a través del efecto optocapacitivo. El efecto optocapacitivo altera la capacitancia de la membrana celular debido a los pulsos de luz aplicados rápidamente. NT-3DFG puede prepararse fácilmente en suspensión, permitiendo el estudio de la señalización celular dentroy entre ambos sistemas de células 2D y 3D, como los organoides basados en células humanas.
Sistemas como estos no solo son cruciales para comprender cómo las células se señalan e interactúan entre sí, sino que también tienen un gran potencial para el desarrollo de nuevas intervenciones terapéuticas. Sin embargo, la exploración de estas oportunidades se ha visto limitada por el riesgo de estrés celularque las tecnologías existentes de control remoto óptico existen. El uso de NT-3DFG elimina este riesgo al usar significativamente menos energía, en una escala de 1-2 órdenes de magnitud menor. Su superficie biocompatible es fácil de modificar químicamente, lo que lo hace versátil para su usocon diferentes tipos de células y entornos. Usando NT-3DFG, se podrían desarrollar tratamientos de estimulación fototérmica para el reclutamiento motor para inducir la activación muscular o podrían dirigir el desarrollo de tejidos en un sistema organoide.
"Este es un excelente trabajo colaborativo de expertos de múltiples campos, incluida la neurociencia a través de Pitt y UChicago, y la fotónica y la ciencia de los materiales a través de UNC y CMU", dijo Cohen-Karni. "La tecnología desarrollada nos permitirá interactuar con cualquier ingenieríatejidos o con tejido nervioso o muscular in vivo. Esto nos permitirá controlar y afectar la funcionalidad del tejido utilizando la luz de forma remota con alta precisión y bajas energías necesarias ".
Maysam Chamanzar, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, realizó contribuciones adicionales al proyecto. La experiencia principal de su equipo en fotónica y neurotecnologías ayudó a desarrollar las herramientas tan necesarias para permitir la caracterización de los nanomateriales híbridos únicos, yen estimular las células mientras registra ópticamente su actividad.
"La absorción de banda ancha de estos nanomateriales 3D nos permitió utilizar la luz en longitudes de onda que pueden penetrar profundamente en el tejido para excitar de forma remota las células nerviosas. Este método se puede utilizar en toda una gama de aplicaciones, desde el diseño de terapias no invasivas hasta las básicasestudios científicos ", dijo Chamanzar.
Los hallazgos del equipo son significativos tanto para nuestra comprensión de las interacciones celulares como para el desarrollo de terapias que aprovechen el potencial de las propias células del cuerpo humano. Las nanoestructuras creadas con NT-3DFG pueden tener un gran impacto en el futuro de la biología y la medicina humanas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería, Universidad Carnegie Mellon . Original escrito por Dan Carroll. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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