Разработка "влажных" схем для биологических исследований

Электроника и вода обычно несовместимы, но для изучения клеточных сообществ с помощью сенсорных схем электроника должна работать в водной среде клеток, не искажая данные своим воздействием.

Марк Дандин, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Карнеги-Меллона, исследует способы создания схем, способных функционировать во влажных средах для изучения клеток. В сотрудничестве с Н. Луизой Хиллер, доцентом кафедры биологических наук, эти схемы будут использованы для изучения влияния частиц, высвобождаемых клетками Streptococcus pneumoniae, на иммунные клетки.

«Проект вписывается в более широкую тему — создание интерфейса между электроникой и биологическими видами», — сказал Дандин. «Работа доктора Хиллер и моя работа пересекаются, поскольку мы оба заинтересованы в изучении клеточных и бактериальных процессов и их роли в развитии заболеваний».

Бактерия Streptococcus pneumoniae может вызывать различные заболевания, включая пневмонию. Она представляет особый интерес как модель, поскольку актуальна для распространенных проблем со здоровьем, позволяет решать фундаментальные вопросы микробной жизни, а результаты могут быть обобщены и использованы для аналогичных исследований других бактерий.

Большинство клеток выделяют внеклеточные везикулы (EV) — систему межклеточной «почты», обеспечивающую коммуникацию. Цель проекта Дандина и Хиллер — расширить знания о том, как бактериальные EV влияют на иммунную систему хозяина, в частности, как они активируют или подавляют иммунную защиту.

Для этого исследования иммунные клетки выращивают на чипе со схемой в инкубаторе, имитирующем внутреннюю среду организма. Электроника предназначена для сбора данных обо всей популяции клеток на схеме с сохранением разрешения на уровне отдельных клеток.

«С нашей технологией можно также рассматривать явления на очень детальном уровне, почти на уровне одной клетки», — говорит Дандин. «Это позволяет нам понять, что происходит, с гораздо более высоким пространственным и временным разрешением».

Уникальные задачи, связанные с использованием схем в инкубаторах и других влажных средах, позволяют студентам инженерных специальностей расширить представления о возможностях электроники. Студенты также получают знания в области биологии, даже без формального курса.

«Мы обнаружили, что междисциплинарные исследования действительно помогают совершать гигантские скачки, а не крошечные шажки в каждой из этих областей по отдельности», — сказал Дандин. «Университет Карнеги-Меллона — отличное учреждение для такого рода междисциплинарных исследований».