Le tissu cyborg est fait de cellules à moitié vivantes et à demi électroniques

Les Bio-échaffaudages deviennent électriques (Image : Charles M. Lieber and Daniel S. Kohane)

Ils battent comme de vraies cellules de cœur, mais les cardiomyocytes de rat dans ce plat à l'Université de Harvard sont différents d'une manière cruciale. Serpentant entre eux, il y a des fils et des transistors qui espionnent les impulsions électriques de chaque cellule. À l'avenir, les fils pourraient commander aussi leur comportement.

Des versions perfectionnées de ce tissu de « cyborg » ont été créées pour les neurones, les muscles et les vaisseaux sanguins. Elles pourraient être employées pour tester des caméras « drugsMovie » ou comme base pour des versions plus biologiques d’implants existants tels que des stimulateurs cardiaques. Si des signaux peuvent également être envoyés aux cellules, le tissu de cyborg pourrait être employé en prosthétique ou créer les robots minuscules.

Charles Lieber, qui mène l'équipe derrière le tissu cyborg, a dit : « Il permet de brouiller effectivement la frontière entre l’électronique, et ses système inorganiques, les système biologiques. »

Le tissu artificiel peut déjà être développé sur des échafaudages tridimensionnels faits de matériaux biologiques qui ne sont pas électriquement en activité. Et des composants électriques ont été ajoutés avant au tissu cultivé, mais pas intégrés dans sa structure, ainsi ils pouvaient seulement glaner l'information de la surface.

Électriquement enflammé

L'équipe de Lieber a combiné ces bribes de travail pour créer des échafaudages électriquement actifs. Ils ont créé des réseaux 3D de nano-câblages conducteurs cloutés avec des sondes de silicium. Crucialement, les fils ont dû être flexibles et extrêmement petits, pour éviter d'empêcher la croissance du tissu. L'échafaudage a également contenu des matériaux biologiques traditionnels tels que le collagène.

Les chercheurs pouvaient élever des neurones de rat, des cellules de cœur et le muscle dans ces mailles hybrides. Dans le cas des cellules de cœur, ils ont commencé à se contracter juste comme des cellules normales, et les chercheurs ont utilisé le réseau pour la lecture du taux des battements.

Quand ils ont ajouté une drogue qui stimule la contraction des cellules du cœur, elles ont détecté une augmentation du taux, ce qui indiquait que le comportement était normal et que le réseau pouvait sentir de tels changements.

L'équipe de Lieber est également parvenue à faire pousser un vaisseau sanguin entier d’environ 1,5 centimètre de long avec des cellules humaines, et des fils serpentant par lui. En enregistrant les signaux électriques de l'intérieur et d’en dehors du vaisseau sanguin, quelque chose qui n'était jamais possible avant que l'équipe ait pu détecter les modèles électriques, qu'elles disent pouvoir donner des indices quand à l'inflammation, ou si le tissu a subi des changements qui font penser à la formation d’une tumeur, ou suggèrent une maladie cardiaque imminente.

Cellules commandantes

« Vous pourriez employer ces choses pour mesurer directement les effets des drogues dans le tissu humain synthétiquement développé, sans devoir jamais les examiner dans un être humain réel, » dit le collègue Daniel Kohane de Lieber. Il envisage également les corrections de tissu qui pourraient être ajoutées à la surface d'un cœur par exemple pour surveiller des problèmes éventuels.

Vladimir Parpura, un neurobiologiste à l'université de l'Alabama, Birmingham, qui n'a pas été impliqué dans l'étude, suggère d'employer le tissu pour construire des implants minuscules ou des robots biomimétiques qui réparent les tissus endommagés, par l'intermédiaire d’impulsions électroniques.

Jusqu'ici, bien que, les chercheurs aient seulement employé des échafaudages électriques pour enregistrer des signaux, ils doivent encore donner les commandes aux cellules. Ainsi la prochaine étape de Lieber est d'ajouter des composants au nano-échafaudages qui pourraient « parler » aux neurones. Il dit que le but est « de câbler vers le haut du tissu et communiquer avec lui de la même manière qu’un système biologique le fait ».

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Crashdebug