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L'uso della luce per stimolare cellule e tessuti viventi sta emergendo come un significativo punto di svolta nella ricerca biomedica, offrendo capacità di stimolazione touchless con una precisa risoluzione temporale e spaziale 1,2,3,4,5,6. Una delle principali tecniche utilizzate per rendere le cellule sensibili alla luce è l'optogenetica, che prevede la modifica genetica delle cellule per esprimere canali ionici sensibili alla luce o pompe 7,8. Questo approccio ha dimostrato un'efficacia impressionante nella regolazione delle cellule all'interno dei tessuti viventi; Tuttavia, la sua dipendenza dal trasferimento genico virale ha ostacolato la sua diffusa adozione nella ricerca e nelle applicazioni cliniche.
Per superare questa limitazione, materiali organici e inorganici sono stati utilizzati come trasduttori sensibili alla luce per sviluppare tecniche di stimolazione mediata dalla luce non genetiche e basate su materiali 9,10. I fototrasduttori organici nanostrutturati 11,12,13,14,15 hanno recentemente dimostrato un notevole successo nell'innescare risposte cellulari in diverse applicazioni, tra cui neuroni, cardiomiociti e cellule muscolari scheletriche.
In questo articolo, proponiamo Ziapin216,17,18, un derivato dell'azobenzene, per studiare la propagazione del Ca2+ in tessuti cardiaci laminari ingegnerizzati. La struttura anfifilica della molecola consente un targeting preciso della membrana plasmatica cellulare, mentre il nucleo dell'azobenzene consente l'isomerizzazione indotta dalla luce, portando al suo cambiamento conformazionale 16,17,18. Nelle cellule cardiache, questa isomerizzazione trans-to-cis altera lo spessore della membrana plasmatica, inducendo una cascata di effetti che genera un potenziale d'azione, che a sua volta innesca il processo di eccitazione-contrazione 19,20,21.
Inoltre, descriviamo il processo di fabbricazione di una piattaforma ingegnerizzata per la crescita anisotropa del tessuto cardiaco22 e descriviamo in dettaglio la configurazione sperimentale utilizzata per innescare otticamente e monitorare la sua attività, con particolare attenzione all'acquisizione della dinamica del Ca2+ all'interno del tessuto23,24. Infine, confrontiamo i segnali acquisiti con quelli ottenuti attraverso la stimolazione elettrica, che è considerata lo standard di riferimento. Nel complesso, questo protocollo evidenzia l'applicazione di un nuovo trasduttore sensibile alla luce per far progredire la nostra comprensione del comportamento cellulare cardiaco, in particolare nel contesto dei tessuti ingegnerizzati.