Komórki monitorujące tkankę cyborga

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda skonstruowali materiał, który łączy elektronikę w nanoskali z tkankami biologicznymi — dosłowną siatkę tranzystorów i komórek.

Rusztowanie przewodowe: Alginian (biały), materiał pochodzący z wodorostów, stosowany w konwencjonalnych rusztowaniach komórkowych, osadza się wokół metalowych drutów w nanoskali (fałszywie zabarwione na brązowo), tworząc trójwymiarowe rusztowanie elektroniczne.

Tkanka podobna do cyborga, opisana w Internecie pod adresem: Materiały przyrodnicze wspiera wzrost komórek, jednocześnie monitorując aktywność tych komórek. Mogłoby się poprawić in vitro badania przesiewowe leków, umożliwiające naukowcom śledzenie reakcji komórek w trójwymiarowym środowisku na leki w czasie rzeczywistym, twierdzą autorzy. Może to być również pierwszy krok w kierunku protetyki, która komunikuje się bezpośrednio z układem nerwowym oraz implantów tkankowych, które wyczuwają urazy lub choroby i reagują na nie.

Wcześniej, aby zbadać aktywność elektryczną żywych systemów, naukowcy opracowali płaskie, elastyczne urządzenia, które rozciągają się na zewnątrz narządu, takie jak serce , mózg , lub skóra (patrz Tworzenie rozciągliwej elektroniki ). Ale te materiały monitorują tylko aktywność elektryczną na powierzchni tkanki.

Nowe rusztowanie zostało wykonane przez zespół badaczy, w skład którego wchodzi Bozhi Tian, ​​członek z 2012 r Przegląd technologii TR35 (zobaczyć 35 Innowatorów poniżej 35. roku życia: Bozhi Tian ); chemik z Uniwersytetu Harvarda, Charles Lieber; Daniel Kohane, dyrektor Laboratorium Biomateriałów i Dostarczania Leków w Szpitalu Dziecięcym w Bostonie; oraz Robert Langer, inżynier chemik i profesor Instytutu na MIT. Grupa postanowiła zaprojektować trójwymiarowe rusztowanie, które integruje elektronikę bezpośrednio z żywymi tkankami.

Rusztowania nanoelektroniczne zostały wykonane z cienkiej siatki metalowych nanodrutów, prostych lub załamanych, usianych maleńkimi tranzystorami, które wykrywają aktywność elektryczną. Naukowcy złożyli lub zwinęli siatkę w trójwymiarową strukturę, symulując odpowiednio kawałek tkanki lub naczynie krwionośne. Rezultatem jest rusztowanie, które jest zarówno porowate, jak i elastyczne – nie jest to łatwe zadanie dla elektroniki. Te rusztowania są mechanicznie najdelikatniejszymi materiałami elektronicznymi, jakie kiedykolwiek wyprodukowano, mówi Lieber.

Rusztowanie zostało następnie posiane komórkami lub połączone z konwencjonalnymi biomateriałami, takimi jak kolagen, w rusztowania hybrydowe. To pokazuje, z perspektywy materiałowej, że te sieci elektroniczne można łączyć praktycznie ze wszystkim – dodaje Lieber.

Aby przetestować możliwości wykrywania konstruktu, zespół przeprowadził eksperymenty na żywych komórkach. Wyhodowali neurony w rusztowaniu, a następnie z powodzeniem monitorowali aktywność komórek w odpowiedzi na pobudzające neuroprzekaźniki; obserwowali, jak komórki serca po jednej stronie tkanki biją w nieco inny sposób niż komórki po drugiej stronie; monitorowali zmiany pH wewnątrz i na zewnątrz uproszczonego naczynia krwionośnego, wykonanego ze zwiniętej konstrukcji i komórek mięśni gładkich.

Lieber mówi, że wiele firm farmaceutycznych już wyraziło zainteresowanie rusztowaniami do monitorowania reakcji na leki w różnych tkankach. Mówi, że to najbliższa aplikacja, ale nie ostateczny cel. Pewnego dnia Lieber chciałby opracować przeszczepy tkankowe, które w razie potrzeby będą informować lekarzy o swojej funkcji i w razie potrzeby dostarczać natychmiastowej informacji zwrotnej, takiej jak uwalnianie leku do skóry lub płuc. Mamy możliwość połączenia elektroniki z systemami komórkowymi – mówi.

ukryć