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In vivo Bioengineering of Fluorescent Conductive Protein-Dye Microfibers

51 Pages Posted: 18 Feb 2020 Sneak Peek Status: Under Review

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Maria Moros

Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti “E.Caianiello”

Francesca Di Maria

Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto per la Sintesi Organica e Fotoreattività

Principia Dardano

Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto per la Microelettronica e Microsistemi

Giuseppina Tommasini

Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti “E.Caianiello”

Hiram Castillo-Michel

European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)

Alessandro Kovtun

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Mattia Zangoli

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Martina Blasio

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Luca De Stefano

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Angela Tino

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Giovanna Barbarella

Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto per la Sintesi Organica e Fotoreattività

Claudia Tortiglione

Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti “E.Caianiello”

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Abstract

Engineering protein-based biomaterials is extremely challenging in bioelectronics, medicine and materials science, as mechanical, electrical and optical properties need to be merged to biocompatibility and resistance to biodegradation, when interfacing with a biological entity. An effective strategy is the engineering of physiological processes in situ, in a non-invasive way, by addition of new properties to endogenous components, producing hybrid materials with new functionality. In this direction, here we show that a green fluorescent semiconducting thiophene dye, DTTO, promotes, in vivo, the biogenesis of fluorescent conductive protein microfibers via metabolic pathways. By challenging the simple freshwater organism Hydra vulgaris with DTTO, we demonstrate the stable incorporation of the dye into supramolecular protein-dye co-assembled microfibers without signs of toxicity. An integrated multilevel analysis including morphological, optical, spectroscopical and electrical characterization shows electrical conductivity of biofibers, opening the door to new opportunities for augmenting electronic functionalities within living tissue, which may be exploited for regulation of cell and animal physiology, or in pathological contexts where enhancing of bioelectrical signaling is demanded.

Keywords: conductive microfibers, in vivo biosynthesis, Hydra vulgaris, organic bioelectronics thiophene fluorescent dyes, in vivo supramolecular organisation, protein-dye co-assembly

Suggested Citation

Moros, Maria and Di Maria, Francesca and Dardano, Principia and Tommasini, Giuseppina and Castillo-Michel, Hiram and Kovtun, Alessandro and Zangoli, Mattia and Blasio, Martina and De Stefano, Luca and Tino, Angela and Barbarella, Giovanna and Tortiglione, Claudia, In vivo Bioengineering of Fluorescent Conductive Protein-Dye Microfibers. ISCIENCE-D-20-00112. Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=3537795 or http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.3537795
This is a paper under consideration at Cell Press and has not been peer-reviewed.

Maria Moros

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Francesca Di Maria

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Principia Dardano

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Giuseppina Tommasini

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Hiram Castillo-Michel

European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) ( email )

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Alessandro Kovtun

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Mattia Zangoli

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Martina Blasio

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Luca De Stefano

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Angela Tino

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