Control óptico de células vivas Actividad Eléctrica por conjugadas Polímeros

Resumen

Se describe un método para la estimulación de la actividad eléctrica de cultivos celulares in vitro con luz visible, basado en el uso de polímeros semiconductores orgánicos.

Resumen

Las interfaces híbridas entre semiconductores orgánicos y tejidos vivos representan una nueva herramienta para aplicaciones in vitro e in vivo. En particular, los polímeros conjugados muestran varias propiedades óptimas como sustratos para sistemas biológicos, como buena biocompatibilidad, excelentes propiedades mecánicas, tecnología de procesamiento barata y fácil y posibilidad de deposición en sustratos ligeros, delgados y flexibles. Estos materiales se han empleado para interfaces celulares como sondas neuronales, transistores para la excitación y el registro de la actividad neuronal, biosensores y actuadores para la liberación de fármacos. Experimentos recientes también han demostrado la posibilidad de utilizar polímeros conjugados para la modulación totalmente óptica de la actividad eléctrica de las células. Se han reportado varios casos de estudio in vitro, incluyendo redes neuronales primarias, astrocitos y células de línea secundaria. Además, se ha demostrado que la fototransducción de señales mediada por polímeros orgánicos restaura la sensibilidad a la luz en retinas degeneradas, lo que sugiere que estos dispositivos pueden usarse para prótesis de retina artificial en el futuro. Con todo, los polímeros conjugados sensibles a la luz representan un nuevo enfoque para la modulación óptica de la actividad celular.

En este trabajo, se describen todos los pasos necesarios para fabricar una interfaz de biopolímero para la excitación óptica de células vivas. La función de la interfaz activa es transducir el estímulo luminoso en una modulación del potencial de membrana celular. Como caso de estudio, útil para estudios in vitro, se utiliza una película delgada de politiofeno como capa funcional que absorbe la luz, y se emplean células de riñón embrionario humano (HEK-293) como componente biológico de la interfaz. Se proporcionan ejemplos prácticos de control exitoso del potencial de membrana celular tras la estimulación con pulsos de luz de diferente duración. En particular, se ha demostrado que tanto los efectos despolarizantes como los hiperpolarizantes sobre la membrana celular pueden lograrse dependiendo de la duración del estímulo luminoso. El protocolo reportado es de validez general y puede extenderse directamente a otras preparaciones biológicas.

Introducción

La posibilidad de manipular la actividad celular con una resolución espacial y temporal precisa representa una estrategia clave en la investigación neurocientífica y en el tratamiento de trastornos neurológicos y psiquiátricos. ¹ Los métodos tradicionales se basan en la estimulación eléctrica de las células utilizando electrodos colocados en la proximidad o en contacto con el sistema de destino, ² que puede ser de diferente complejidad (una sola célula, red celular, rodajas de cerebro, in vivo tejidos cerebrales). Durante el siglo pasado, el uso de patch-clamp, metal y electrodos de sustrato integrado han proporcionado una imagen detall....

Protocolo

1. Preparación de fotoactivos Sustratos

1. Preparar una P3HT: PCBM solución (1: 1 w / w) en clorobenceno a una concentración de 20 g P3HT / L. Mezclar la solución con un agitador magnético durante al menos 4 horas a 60 ° C. Considere un volumen de 150 l de solución para cada sustrato que se preparó.
2. Limpiar los portaobjetos de vidrio recubiertos con ITO (R = 10 Ω _s / sq, 18x18 mm ^2, el espesor de 170 micras) con baños consecutivos de agua desionizada, acetona e isopropanol en un aparato de ultrasonidos (10 min para cada paso). Seque el cubreobjetos con una pistola de nitrógeno. Poner las muestras en un limpiador de plasma a 100....

Resultados

Las células pueden ser fácilmente cultivadas en P3HT: PCBM sustratos, siempre que una capa de adhesión se deposita adecuada (como la fibronectina utilizado en la etapa 3.2 del protocolo descrito). P3HT: PCBM picos de absorción óptica en la parte verde del espectro visible; Sin embargo, otros polímeros conjugados sensibles a la luz se pueden seleccionar, de acuerdo con el rango de longitudes de onda de fotoestimulación preferida (Figura 2). Biocompatibilidad de estos sust.......

Discusión

Los pasos críticos del protocolo reportado para in vitro estimulación óptica de células concierne principalmente la elección del polímero sensible a la luz, los parámetros de esterilización térmica, la intensidad y la duración de los estímulos luminosos. Un P3HT: película delgada PCBM fue seleccionado aquí, ya que garantiza una buena estabilidad temporal y electroquímica. Sin embargo, hay que notar que no todos los polímeros sensibles a la luz pueden ofrecer interpretaciones analógicas, ²² más especí.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
rr-P3HT	Sigma Aldrich	698989-5G
Sustratos recubiertos de ITO	Nano-CS	IT10300100
Fibronectina	Sigma Aldrich	F1141
clorobenceno	Sigma Aldrich	319996
PCBM	Nano-C	Nano-CPCBM-BF
acetona	Sigma Aldrich	270725
alcohol isopropílico	Sigma Aldrich	563935
células HEK	Normas LGC srl	ATCC-CRL-1573
HEPES	Sigma Aldrich	H0887
PBS	Sigma Aldrich	P5244
E-MEM	Normas LGC srl	ATCC-30-2003
EDTA	Sigma Aldrich	E8008-FBS
	LGC standards srl	ATCC-30-2020