Desarrollan biotransistores capaces de obtener un electrocardiograma de células y microtejidos durante largos periodos de tiempo

IBEC/ICMAB | viernes, 14 de febrero de 2020

Investigadores del CIBER-BBN del instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) han desarrollado una bioplataforma que integra en su núcleo un dispositivo electrónico orgánico llamado “transistor orgánico de efecto de campo con puerta electrolítica” (EGOFET, por sus siglas en inglés) que permite obtener las señales eléctricas de células y microtejidos durante largos periodos de tiempo.

Una de las pruebas a las que se enfrentan prácticamente todos los pacientes antes de una cirugía o una intervención médica es un electrocardiograma. Para realizar esta prueba, los médicos utilizan tradicionalmente unos electrodos que pueden medir la actividad eléctrica del corazón. La pregunta es: ¿qué ocurre cuando la señal es muy pequeña, por ejemplo, cuando se quiere escuchar el latido de pequeños grupos de células o tejidos?

La comunidad científica lleva años intentando dar solución a este problema, ya que podría allanar el camino hacia el desarrollo de nuevas terapias y fármacos. Asimismo, el desarrollo de estas técnicas junto con el uso de derivados de células madre pluripotentes abre la puerta no solo a aplicaciones inmediatas en cardiología, sino también a otras áreas de investigación importantes, como la neurología.

Con este trabajo se ha alcanzado un hito importante en este sentido. “Ha sido increíble comprobar cómo la plataforma electrofisiológica desarrollada con células cardíacas sembradas ha funcionado durante varias semanas sin rebajar su rendimiento. Esta capacidad abre una infinidad de aplicaciones en biología y biomedicina”, explica Adrica Kyndiah, primera autora del artículo e investigadora en el IBEC.

El trabajo es el resultado de una productiva colaboración multidisciplinar entre la unidad de Dispositivos Electrónicos Orgánicos (dirigido por Marta Mas-Torrent, del ICMAB-CIBER-BBN), un equipo de bioingeniería (dirigido por el profesor de la UB Gabriel Gomila, en el IBEC) y un equipo de ingeniería de tejidos de células madre (dirigido por la profesora de investigación ICREA Núria Montserrat en el IBEC-CIBER-BBN), con la colaboración para el desarrollo de la instrumentación Tobias Cramer, de la Universidad de Bolonia (Italia).

Los transistores impresos en sustratos flexibles fueron fabricados por el grupo de Marta Mas-Torrent en el ICMAB-CSIC. Seguidamente, la superficie del EGOFET y toda la plataforma fueron adaptadas para interactuar con los grupos de células cardiacas derivadas de células madre pluripotentes humanas durante largos periodos de tiempo (varias semanas). Según los autores del artículo publicado en la revista Biosensors and Bioelectronics, la principal ventaja de usar estos EGOFET para el registro bioelectrónico es triple: los EGOFET están hechos con un material orgánico sobre un sustrato mecánicamente flexible, son biocompatibles y muestran un rendimiento constante cuando operan en un entorno fisiológico; en segundo lugar, un transistor ofrece intrínsecamente amplificación de la señal sin el uso de amplificadores externos, frente a los electrodos convencionales que, en consecuencia, generan una relación muy alta entre señal y ruido; y tercero, funciona con tensiones muy bajas, de modo que no causa daños celulares ni excitación celular no intencionada.

Además de probar el dispositivo en células cardiacas y microtejidos, los investigadores del IBEC han investigado el efecto de dos fármacos conocidos que afectan al funcionamiento cardíaco. De este modo, ahora se podrían realizar pruebas de nuevos compuestos en cardiomiocitos y otras células eléctricas derivadas de células madre pluripotentes (como las neuronas). Este avance conducirá, a su vez, a la reducción del uso de modelos animales para estas aplicaciones.

Según el equipo multidisciplinar, los resultados podrían extenderse desde los estudios in vitro a los registros in vivo de órganos y tejidos y a dispositivos implantables que monitorizan nuestro estado de salud.

Artículo de referencia

Kyndiah A, Leonardi F, Tarantino C, Cramer T, Millan-Solsona R, Garreta E, Montserrat N, Mas-Torrent M, Gomila G. Bioelectronic Recordings of Cardiomyocytes with Accumulation Mode Electrolyte Gated Organic Field Effect Transistors. Biosens Bioelectron. 2019 Nov 6:111844. doi: 10.1016/j.bios.2019.111844   

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