Pas besoin d’être ingénieur pour savoir que l’eau et l’électronique ne font pas bon ménage. Mais si vous souhaitez utiliser un circuit de détection pour étudier des caractéristiques à petite échelle dans une communauté de cellules, l’électronique doit trouver un moyen de s’adapter à l’environnement aqueux de la cellule. Le circuit ne peut pas non plus affecter les cellules d’une manière qui invalide les données.
Marc Dandin, professeur adjoint au département de génie électrique et informatique de l’Université Carnegie Mellon, étudie des moyens de fabriquer des circuits capables de fonctionner dans des environnements humides pour la recherche sur les cellules. En collaboration avec N. Luisa Hiller, professeur agrégé au département des sciences biologiques, les circuits seront utilisés pour explorer comment les cellules immunitaires sont affectées par les particules libérées par les cellules de Streptococcus pneumoniae.
« Le projet s’inscrit dans un thème plus large qui se concentre sur l’interfaçage de l’électronique avec les espèces biologiques », a déclaré Dandin. « Le travail du Dr Hiller et le mien fusionnent car nous sommes tous les deux intéressés à étudier les processus cellulaires et bactériens et comment ils participent à la progression de la maladie. »
La bactérie, Streptococcus pneumoniae, peut causer diverses maladies, dont la pneumonie. Cette bactérie est un modèle particulièrement intéressant car elle est pertinente pour les problèmes de santé courants, aborde des questions fondamentales sur la vie microbienne et les résultats peuvent être généralisés et utilisés pour guider des recherches similaires sur d’autres bactéries.
La plupart des cellules libèrent des vésicules extracellulaires (EV), un système de messagerie de cellule à cellule qui permet la communication entre les cellules. L’objectif du projet de Dandin et Hiller est d’élargir nos connaissances sur la façon dont les VE bactériennes affectent le système immunitaire d’un hôte, en particulier comment elles activent ou inhibent les défenses immunitaires.
Pour ce projet de recherche, des cellules immunitaires sont cultivées sur une puce de circuit dans un incubateur qui simule l’environnement à l’intérieur d’un hôte. L’électronique est conçue pour collecter des données sur une population entière de cellules recouvrant le circuit tout en préservant la résolution d’une seule cellule dans les mesures.
« Avec notre technologie, vous pouvez également regarder les choses à un niveau très fin, presque au niveau d’une seule cellule », a déclaré Dandin. « Cela nous permet de comprendre ce qui se passe avec une résolution spatiale et temporelle beaucoup plus fine. »
Les défis uniques associés à l’utilisation de circuits dans des incubateurs et d’autres environnements humides permettent aux étudiants en génie électrique et informatique de repousser leurs attentes en matière d’applications électroniques. Les étudiants apprennent également la biologie, même sans cours formels.
« Nous avons constaté que la recherche multidisciplinaire aide vraiment à faire des pas de géant au lieu de minuscules petites poussées dans chacun de ces domaines », a déclaré Dandin. « CMU est une excellente institution pour ce type de recherche multidisciplinaire. »