Non genetic optostimulation for biohybrid light-controlled actuator

Optical cell stimulation is emerging as an alternative to more conventional modalities like the application of electrical pulses. The use of light has a huge potential due to a number of advantages like the high spatial and temporal resolution, the extraordinary selectivity (dependent only on the light spot dimensions) and the lower invasiveness. In particular non-genetic material-based photostimulation is an appealing technique that, taking inspiration from the achievement obtained by the optogenetics, propose an alternative that overcomes the gene therapy issue. In this thesis the non-genetic approach is used to pace muscle cells and tissue. This goal is pursued using two phototrasducers in the form of a planar and a diffuse interface. Moreover, the transferability of the stimulation techniques is evaluated testing it on microphysiological systems, able to mimic the native muscle tissue properties, shaped as soft-actuators.

La fotostimolazione cellulare sta emergendo come alternativa a modalità di sitmolazione più convenzionali quali l'applicazione di impulsi elettrici. L'uso della luce ha un enorme potenziale dovuto a una serie di vantaggi come l'alta risoluzione spaziale e temporale, la straordinaria selettività (dipendente solo dalle dimensioni dello spot luminoso) e la minore invasività. In particolare la fotostimolazione basata su materiali non genetici è una tecnica interessante che, prendendo spunto dai risultati ottenuti dall'optogenetica, propone un'alternativa che supera il problema della terapia genica. In questa tesi l'approccio non genetico è utilizzato per controllare la contrazione di cellule e i tessuti muscolari. Due fototrasduttori sotto forma di un interfaccia planare e una diffusa sono presentati con l’obiettivo di stimolare le cellule muscolari. Inoltre è stata valutata la trasferibilità delle tecniche di stimolazione proposte testanto le interfacce proposte su sistemi microfisiologici, in grado di mimare le proprietà del tessuto muscolare nativo, modellati come soft-actuator.