L'épithélium gastro-intestinal est un exemple de tissu de la barrière, qui commande le passage de molécules entre les différents compartiments du corps. L'épithélium est constitué de cellules cylindriques allongées reliées entre elles par des complexes de protéines qui fournissent une barrière physique 1 contre les agents pathogènes et les toxines, tout en permettant le passage de l'eau et les éléments nutritifs nécessaires au maintien de l'organisme. Cette sélectivité est due à la polarisation des cellules epitheliales, ce qui crée deux domaines membranaires différentes: le côté apical des cellules exposées à la lumière et à la face basale des cellules ancrées sur les tissus sous-jacents 2,3. Les jonctions serrées (TJ) sont complexes de protéines présentes à la partie apicale des cellules épithéliales et font partie d'un grand complexe connu sous le nom de la jonction apicale 4. Flux d'ions à travers le tissu de la barrière peut soit passer par le transcellulaire (à travers la cellule) ou via un paracellulaire (entre deux cellules adjacentes) voie. La somme dele transport à travers les deux voies est connu que la résistance trans-épithéliale. La jonction apicale est responsable de la réglementation des ions et des molécules passant à travers la barrière de 5,6 par une ouverture spécifique et la fonction de fermeture. Un dysfonctionnement ou de perturbation de ces complexes protéiques est souvent liée à la maladie 7-11. En outre, de nombreux agents pathogènes entériques / toxines sont connues pour cibler spécifiquement ce complexe, entrant ainsi dans le corps et menant à la diarrhée, très probablement en raison de dérégulation massive des flux d'ions / de l'eau à travers la barrière 12 à 14. Barrière de tissu peut également être modifié en changeant le micro-environnement extracellulaire. Cadhérine est une protéine essentielle pour l'adhésion cellule-cellule, et est impliqué dans la formation de la jonction apical. Le calcium est nécessaire pour la conformation structurelle correcte de la cadhérine, et une diminution du calcium extracellulaire a été montré pour entraîner la destruction de la jonction cellule-cellule et une ouverture ultérieure de l'voie paracellulaire entre les cellules 15. Dans cette étude, l'EGTA (éthylèneglycol-bis (bêta-aminoéthyl éther)-N, N, N ', acide acétique N'-tétra), un agent de chélation du calcium spécifique, a été utilisé pour induire une rupture dans le tissu de la barrière, comme il l'a été montré pour avoir un effet rapide et drastique sur paracellulaire flux d'ions 16,17. Cet agent de chélation du calcium a été utilisé sur une monocouche confluente et différenciée de la lignée cellulaire Caco-2. En culture dans des inserts de culture de cellules, cette lignée cellulaire est connue pour développer les caractéristiques de l'appareil gastro-intestinal et est largement utilisé par l'industrie pharmaceutique pour tester l'absorption de médicaments 18,19.
Méthodes pour surveiller l'intégrité des tissus de barrière sont nombreux. Ces procédés sont souvent optique, en s'appuyant sur la coloration par immunofluorescence des protéines particulières connues pour être à la jonction 20 apical, ou s'appuyant sur la quantification d'une molécule de traceur fluorescent qui est normalement imperméable au tissu de la barrière21,22. Cependant, les méthodes sans étiquette (c'est à dire sans un fluorophore / chromophore) sont préférables car l'utilisation d'une étiquette peut entraîner des artefacts, et augmente souvent le coût et le temps de dosage. Électrique, la surveillance sans étiquette de tissu de la barrière a récemment émergé comme une méthode de suivi dynamique 23. Par exemple, les progrès technologiques récents dans la spectroscopie d'impédance électrique ont permis le développement d'un appareil de balayage disponible dans le commerce qui peuvent 24,25 mesurer la résistance transepitheliale (TER), une mesure de la conductance des ions à travers la couche de cellules.
L'électronique organique a créé une occasion unique de relier le monde de l'électronique et de la biologie 26,27 28,29 en utilisant des polymères conducteurs qui peuvent conduire les deux supports électroniques et ioniques. Une nouvelle technique pour détecter les infractions dans le tissu de la barrière en utilisant l'OECT 30-32 a été récemment introduit. Ce dispositif a été validé contre nous techniques existantesed pour évaluer l'intégrité de la barrière de tissu, y compris immunofluorescence, des dosages de perméabilité à l'aide de Lucifer jaune, et la spectroscopie d'impédance selon la Cellzscope. Dans le cas de tous les composés testés toxiques, la OECT a été trouvé pour fonctionner avec une sensibilité équivalente ou supérieure, et avec une résolution temporelle augmentée, par rapport aux techniques ci-dessus. Dans ce dispositif, PEDOT: PSS, un polymère conducteur qui a été montré pour être stable et biocompatible 33,34, est utilisé comme matériau actif dans le canal du transistor. L'OECT est composé d'électrodes de drain et de source de chaque côté d'un canal de polymère conducteur. Il est ensuite mis en contact avec un électrolyte, qui fait partie intégrante du dispositif. Une électrode de grille est immergée dans l'électrolyte (Figure 1), et quand une tension de grille positive est appliquée à la porte, les cations de l'électrolyte est forcé dans le canal, dédoper ainsi le polymère conducteur et résultant en un changement de la source-drain courant. Le dériphérique est donc très sensible aux variations de flux ionique minutes en raison de l'amplification par le transistor. Une couche de cellules cultivées sur un insert de culture de cellules a été placée entre l'électrode de grille et le canal de polymère conducteur. La présence d'une couche de cellules intactes agit en tant que barrière pour les cations entrant dans le polymère conducteur, par conséquent, en présence d'une monocouche intacte, le courant diminue d'évacuation (Figure 2: une région de transition de b). En présence d'un composé toxique, le tissu de la barrière va perdre progressivement son intégrité, laissant les cations entrent dans le film de polymère et d'augmenter le courant de drain (Figure 2: région c). Avec cette technique, la brèche dans le tissu de la barrière est vu par la modulation du courant de drain, correspondant à la modulation du flux à travers la monocouche. Cet appareil est capable de mesurer les infimes variations de flux ionique avec une résolution temporelle sans précédent et la sensibilité en temps réel. Cette wil de technologiel être d'intérêt dans le domaine de la toxicologie pour les essais de médicaments, le diagnostic de la maladie ou de la recherche de base comme le modèle de barrière peut être facilement adapté. Cette méthode permettra également de réduire l'expérimentation animale, car il permet la validation des modèles in vitro pour remplacer dans les essais in vivo.