Un chip de ultrasonido transparente alivio la estímulo celular y la consecución de imágenes – ScienceDaily

0


Las ecografías, más conocidas para monitorear el embarazo o la obtención de imágenes de órganos, también se pueden usar para estimular las células y dirigir la función celular. Un equipo de investigadores de Penn State ha desarrollado una forma más sencilla y eficaz de aprovechar la tecnología para aplicaciones biomédicas.

El equipo creó un chip transductor de ultrasonido transparente y biocompatible que se asemeja a un portaobjetos de microscopio y se puede insertar en cualquier microscopio óptico para facilitar la visualización. Las células se pueden cultivar y estimular directamente sobre el chip transductor, y los cambios resultantes de las células se pueden visualizar con técnicas de microscopía óptica.

Publicado en la revista de la Royal Society of Chemistry laboratorio en chipel artículo fue seleccionado como artículo de portada de la edición de diciembre de 2021. Las aplicaciones futuras de la tecnología podrían afectar la investigación con células madre, el cáncer y la neurociencia.

«En los experimentos convencionales de estimulación por ultrasonido, se coloca una placa de cultivo celular en un baño de agua y un voluminoso transductor de ultrasonido dirige las ondas de ultrasonido a las células a través del medio acuoso», dijo Sri-Rajasekhar «Raj» Kothapalli, investigador principal y profesor asistente. de ingeniería biomédica en Penn State. «Esta fue una configuración compleja que no brindó resultados reproducibles: los resultados que un grupo vio en otro no lo hicieron, incluso usando los mismos parámetros, porque hay varias cosas que podrían afectar la supervivencia y estimulación de las células mientras están en el agua, como es la forma en que los visualizamos «.

Kothapalli y sus colaboradores miniaturizaron la configuración de estimulación por ultrasonido creando una plataforma transductora transparente hecha de un material piezoeléctrico de niobato de litio. Los materiales piezoeléctricos generan energía mecánica cuando se les aplica voltaje eléctrico. La superficie biocompatible del chip permite que las células se cultiven directamente en el transductor y se utilicen para experimentos de estimulación repetidos durante varias semanas.

Cuando se conecta a una fuente de alimentación, el transductor emite ondas ultrasónicas que pulsan las células y activan la entrada y salida de iones.

Para probar la configuración, Kothapalli y su equipo cultivaron células de cáncer de vejiga en el chip. Luego insertaron marcadores de calcio fluorescentes en las células para permitir a los investigadores ver claramente los cambios dinámicos en la señalización del calcio celular bajo el microscopio durante la estimulación.

«Dado que las células están ubicadas directamente en la superficie transparente del transductor, podemos confirmar que todas las células se estimulan por igual al mismo tiempo usando un único estímulo ultrasónico, a diferencia de los enfoques convencionales», dijo Kothapalli, cocontratado con el Penn State Cancer Institute. , dijo ella. «Y a diferencia de los procesos anteriores, podemos obtener imágenes de alta resolución de muchas células simultáneamente en un solo campo de visión, porque podemos ver las células desde una distancia cercana».

A través del estudio de células de cáncer de vejiga, los investigadores establecieron una prueba de concepto para la nueva configuración del transductor. Pero pueden ampliar estos hallazgos para utilizar la configuración del transductor en posibles aplicaciones futuras, según Kothapalli, como la diferenciación de células madre, la neuromodulación mecanosensible, la administración de fármacos y la apertura de la barrera hematoencefálica.

«Esta configuración simple será invaluable para los investigadores interesados ​​en modular células y tejidos con ultrasonido», dijo Pak Kin Wong, profesor de ingeniería biomédica, ingeniería mecánica y cirugía en Penn State y coautor del artículo. «Se puede utilizar para explorar nuevas aplicaciones terapéuticas de ultrasonido, como la inmunoterapia de ultrasonido focalizado».

El chip de estimulación por ultrasonido es de bajo costo, fácil de fabricar, compacto y de tamaño escalable, desechable y reutilizable, según Haoyang Chen, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en ingeniería biomédica de Kothapalli.

«Es fácil hacer crecer células en el chip utilizando métodos de cultivo celular estándar», dijo Chen. «La configuración proporciona parámetros de estimulación controlables para una variedad de experimentos y se pueden visualizar con todas las técnicas convencionales de microscopía de luz».

Además de Kothapalli, Wong y Chen, otros colaboradores del estudio fueron Peter Butler, profesor de ingeniería biomédica de Penn State y decano asociado de educación de posgrado y programas profesionales; estudiantes de posgrado en ingeniería biomédica Ninghao Zhu, Mohamed Osman y Shubham Khandare; y los estudiantes universitarios de ingeniería biomédica Ryan Biskowitz y Jinyun Liu.

El estudio fue financiado parcialmente por el Instituto del Cáncer de Penn State, una subvención inicial multidisciplinaria de Penn State y la Fundación Nacional de Ciencias.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Estado de Pensilvania. Original escrito por Mariah Chuprinski. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

También podría gustarte
Deja una respuesta

Su dirección de correo electrónico no será publicada.

This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish. Accept Read More