Istraživački tim KAIST-a razvio je visoko rastezljiv niz mikroelektroda (sMEA) dizajniran za neinvazivno elektrofiziološko merenje signala organoida. Tim je predvodio profesor Hiunjoo J. Lee sa Fakulteta elektrotehnike u saradnji sa dr Mi-Ioung Son i dr Mi-Ok Lee na Korejskom istraživačkom institutu za bionauku i biotehnologiju (KRIBB).
Njihov rad je objavljen u časopisu Napredni materijali.
Organoidi su veoma obećavajući modeli za ljudsku biologiju i očekuje se da zamene mnoge eksperimente na životinjama. Njihove potencijalne primene uključuju modeliranje bolesti, skrining lekova i personalizovanu medicinu jer blisko oponašaju strukturu i funkciju ljudi.
Uprkos ovim prednostima, postojeća istraživanja organoida su se prvenstveno fokusirala na genetsku analizu, sa ograničenim studijama o funkcionalnosti organoida. Za efikasnu procenu leka i precizno biološko istraživanje potrebna je tehnologija koja čuva trodimenzionalnu strukturu organoida istovremeno omogućavajući praćenje njihovih funkcija u realnom vremenu. Međutim, teško je obezbediti neinvazivne načine za procenu funkcionalnosti bez oštećenja tkiva.
Ovaj izazov je posebno značajan za merenje elektrofizioloških signala u srčanim i moždanim organoidima, pošto senzor treba da bude u direktnom kontaktu sa organoidima različite veličine i nepravilnog oblika. Postizanje čvrstog kontakta između elektroda i spoljašnje površine organoida bez oštećenja organoida je uporni izazov.
Istraživački tim KAIST-a razvio je visoko rastezljiv niz mikroelektroda sa jedinstvenom serpentinskom strukturom koja dodiruje površinu organoida na veoma konforman način. Uspešno su demonstrirali merenje i analizu elektrofizioloških signala u realnom vremenu iz dve vrste elektrogenih organoida (srce i mozak).
Koristeći proces zasnovan na mikro-elektromehaničkom sistemu (MEMS), tim je proizveo niz mikroelektroda sa zmijolikom i koristio proces elektrohemijskog taloženja za razvoj isturenih mikroelektroda zasnovanih na PEDOT:PSS. Ove inovacije su pokazale izuzetnu rastezljivost i blisko prianjanje površine na različite veličine organoida.
Isturene mikroelektrode poboljšale su kontakt između organoida i elektroda, obezbeđujući stabilna i pouzdana merenja elektrofizioloških signala sa visokim odnosom signal-šum (SNR).
Koristeći ovu tehnologiju, tim je uspešno pratio i analizirao elektrofiziološke signale iz srčanih sferoida različitih veličina, otkrivajući trodimenzionalne obrasce širenja signala i identifikujući promene u karakteristikama signala prema veličini. Takođe su merili elektrofiziološke signale u organoidima srednjeg mozga, demonstrirajući svestranost tehnologije. Pored toga, oni su pratili modulacije signala izazvane različitim lekovima, pokazujući potencijal ove tehnologije za aplikacije skrininga lekova.
Prof. Hiunjoo Jenni Lee je izjavila: „Integracijom MEMS tehnologije i tehnika elektrohemijskog taloženja, uspešno smo razvili rastezljiv niz mikroelektroda prilagodljiv organoidima različitih veličina i oblika.
„Visoka praktičnost je glavna prednost ovog sistema jer se proizvodnja zasniva na proizvodnji poluprovodnika sa velikom proizvodnjom, pouzdanošću i preciznošću. Ova tehnologija koja omogućava in situ analizu stanja i funkcionalnosti organoida u realnom vremenu biće igra. promena u visokom skriningu lekova.“
Ovu studiju vodio je dr. kandidat Kiup Kim iz KAIST-a i dr. kandidat Ioungsun Lee iz KRIBB-a, uz značajan doprinos dr Kvang Bo Junga.
