Contrôle optique des cellules vivantes activité électrique par conjugués polymères

Résumé

Une méthode de stimulation de cultures cellulaires in vitro avec l’activité électrique avec la lumière visible, basée sur l’utilisation de polymères semi-conducteurs organiques, est décrite.

Résumé

Les interfaces hybrides entre semi-conducteurs organiques et tissus vivants représentent un nouvel outil pour les applications in-vitro et in-vivo. En particulier, les polymères conjugués présentent plusieurs propriétés optimales en tant que substrats pour les systèmes biologiques, telles qu’une bonne biocompatibilité, d’excellentes propriétés mécaniques, une technologie de traitement peu coûteuse et facile et la possibilité de dépôt sur des substrats légers, minces et flexibles. Ces matériaux ont été utilisés pour des interfaces cellulaires telles que des sondes neuronales, des transistors pour l’excitation et l’enregistrement de l’activité neuronale, des biocapteurs et des actionneurs pour la libération de médicaments. Des expériences récentes ont également démontré la possibilité d’utiliser des polymères conjugués pour la modulation tout optique de l’activité électrique des cellules. Plusieurs cas d’études in vitro ont été rapportés, notamment des réseaux neuronaux primaires, des astrocytes et des cellules de lignées secondaires. De plus, il a été démontré que la photo-transduction du signal médiée par les polymères organiques restaure la sensibilité à la lumière dans les rétines dégénérées, ce qui suggère que ces dispositifs pourraient être utilisés pour les prothèses rétiniennes artificielles à l’avenir. Dans l’ensemble, les polymères conjugués sensibles à la lumière représentent une nouvelle approche pour la modulation optique de l’activité cellulaire.

Dans ce travail, toutes les étapes nécessaires à la fabrication d’une interface biopolymère pour l’excitation optique de cellules vivantes sont décrites. La fonction de l’interface active est de traduire le stimulus lumineux en une modulation du potentiel de la membrane cellulaire. À titre de cas d’étude, utile pour les études in vitro, un film mince de polythiophène est utilisé comme couche fonctionnelle absorbant la lumière, et les cellules de rein embryonnaire humain (HEK-293) sont utilisées comme composant biologique de l’interface. Des exemples pratiques de contrôle réussi du potentiel de la membrane cellulaire lors d’une stimulation avec des impulsions lumineuses de différentes durées sont fournis. En particulier, il est démontré que des effets dépolarisants et hyperpolarisants sur la membrane cellulaire peuvent être obtenus en fonction de la durée du stimulus lumineux. Le protocole rapporté est d’une validité générale et peut être directement étendu à d’autres préparations biologiques.

Introduction

La possibilité de manipuler l'activité cellulaire avec une résolution spatiale et temporelle précise représente une stratégie importante dans la recherche neuroscientifique et dans le traitement de troubles neurologiques et psychiatriques. ¹ Les méthodes traditionnelles sont basés sur la stimulation électrique des cellules en utilisant des électrodes positionnées à proximité ou en contact avec le système cible, ² qui peut être différent de complexité (cellule unique, le réseau cellulaire, des tranches de cerveau, in vivo des tissus cérébraux). Au cours du siècle passé, l'utilisation de patch-clamp, le métal et les électrodes de ....

Protocole

1. Préparation des substrats photoactifs

1. Préparer une P3HT: PCBM solution (1: 1 en poids / poids) dans du chlorobenzène à une concentration de P3HT de 20 g / L. Mélanger la solution avec un agitateur magnétique pendant au moins 4 heures à 60 ° C. Considérons un volume de 150 ul de solution de substrat à chaque être préparé.
2. Lames propres de ITO verre (= 10 Ω / m² _de R, 18x18 mm ^2, 170 um d'épaisseur) avec bains consécutifs d'eau déminéralisée, l'acétone et l'isopropanol dans un appareil à ultrasons (10 min pour chaque étape). Sécher les lamelles avec un pistolet d'azote. Mettre les échantillons dans un ne....

Résultats

Les cellules peuvent être facilement cultivées sur P3HT: PCBM substrats, à condition qu 'une couche d'adhérence est déposée convenable (tel que la fibronectine utilisé dans l'étape 3.2 du protocole décrit). P3HT: PCBM pics d'absorption optique dans la partie verte du spectre visible; cependant, d'autres polymères conjugués sensibles à la lumière peuvent être sélectionnés, en fonction de la gamme de longueurs d'onde de photostimulation préféré (figure 2). La biocompatibil.......

Discussion

Les étapes critiques du protocole rapporté pour in vitro stimulation optique de cellules concernent principalement le choix du polymère sensible à la lumière, les paramètres de stérilisation thermique, l'intensité et la durée des stimuli lumineux. Un P3HT: PCBM film mince a été choisi ici, car il garantit une bonne stabilité temporelle et électrochimique. Cependant, il faut noter que tous les polymères sensibles à la lumière peuvent offrir des performances analogiques, ²² plus précisément lors de.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
rr-P3HT	Sigma Aldrich	698989-5G
Substrats revêtus d’ITO	Nano-CS	IT10300100
Fibronectine	Sigma Aldrich	F1141
chlorobenzène	Sigma Aldrich	319996
PCBM	Nano-C	Nano-CPCBM-BF
acétone  ;	Sigma Aldrich	270725
alcool isopropylique	Sigma Aldrich	563935
cellules HEK	LGC standards srl	ATCC-CRL-1573
HEPES	Sigma Aldrich	H0887
PBS	Sigma Aldrich	P5244
E-MEM	LGC standards srl	ATCC-30-2003
EDTA	Sigma Aldrich	E8008-FBS
	LGC normes srl	ATCC-30-2020