Dielectrophoresis is used to align carbon nanotubes (CNTs) within gelatin methacrylate (GelMA) hydrogels in a facile and rapid manner. Aligned GelMA-CNT hydrogels show higher electrical properties compared with pristine and randomly distributed CNTs in GelMA hydrogels. The muscle cells cultured on these materials demonstrate higher maturation compared with cells cultured on pristine and randomly distributed CNTs in GelMA hydrogels. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Biological scaffolds with tunable electrical and mechanical properties are of great interest in many different fields, such as regenerative medicine, biorobotics, and biosensing. In this study, dielectrophoresis (DEP) was used to vertically align carbon nanotubes (CNTs) within methacrylated gelatin (GelMA) hydrogels in a robust, simple, and rapid manner. GelMA-aligned CNT hydrogels showed anisotropic electrical conductivity and superior mechanical properties compared with pristine GelMA hydrogels and GelMA hydrogels containing randomly distributed CNTs. Skeletal muscle cells grown on vertically aligned CNTs in GelMA hydrogels yielded a higher number of functional myofibers than cells that were cultured on hydrogels with randomly distributed CNTs and horizontally aligned CNTs, as confirmed by the expression of myogenic genes and proteins. In addition, the myogenic gene and protein expression increased more profoundly after applying electrical stimulation along the direction of the aligned CNTs due to the anisotropic conductivity of the hybrid GelMA-vertically aligned CNT hydrogels. We believe that platform could attract great attention in other biomedical applications, such as biosensing, bioelectronics, and creating functional biomedical devices.

Miniature microscopy provides a transformative approach to observe objects and enable continuous monitoring with ultra-compact microscopes attached directly to specimens, facilitating parallel analysis. This innovation is particularly valuable for applications such as drug discovery using organ-on-a-chip devices, which require the assessment of numerous drug/sample pairs prior to clinical trials. Ultra-compact microscopes were previously limited to brightfield techniques, which prevented the use of powerful tools like fluorescent microscopy. In this work, we present a miniature microscope with integrated fluorescence measurement capabilities. This microscope consists of a custom chip with a 10 μm-diameter single-photon avalanche diode (SPAD) faced to a 640 × 480 InGaN/GaN 4 μm-pitch LED microdisplay. It operates in raster mode, activating individual LEDs to map specimens in 2D while measuring fluorescence light with the SPAD chip. Our results demonstrate its suitability for life sciences imaging. For example, we observed a muscle-ona-chip stained with Alexa Fluor 488 to study drug efficacy on sarcopenia. Furthermore, these microscopes exhibit superior speed compared to the previously reported ultra-compact brightfield microscopes, achieving a 240-fold increase in imaging rate by means of hardware controller integration on FPGA.

ABSTRACT Direct lineage reprogramming of one somatic cell into another bypassing an intermediate pluripotent state has emerged as an alternative to embryonic or induced pluripotent stem cell differentiation to generate clinically relevant cell types. One cell type of clinical interest is the pancreatic β cell that secretes insulin and whose loss and/or dysfunction leads to diabetes. Generation of functional β-like cells from developmentally related somatic cell types (pancreas, liver, gut) has been achieved via enforced expression of defined sets of transcription factors. However, clinical applicability of these findings is challenging because the starting cell types are not easily obtainable. Skin fibroblasts are accessible and easily manipulated cells that could be a better option, but available studies indicate that their competence to give rise to β cells through similar direct reprogramming approaches is limited. Here, using human skin fibroblasts and a protocol that ensures high and consistent expression of adenovirus-encoded reprogramming factors, we show that the transcription factor cocktail consisting of Pdx1, Ngn3, MafA, Pax4 and Nkx2-2 activates key β cell genes and down-regulates the fibroblast transcriptional program. The converted cells produce insulin and exhibit intracellular calcium responses to glucose and/or membrane depolarization. Furthermore, they secrete insulin in response to glucose in vitro and after transplantation in vivo . These findings demonstrate that transcription factor-mediated direct reprogramming of human fibroblasts is a feasible strategy to generate insulin-producing cells.