Electrozii crescuți în creier, o viitoare soluție pentru afecțiunile neurologice

Biologia și tehnologia se întrepătrund tot mai mult. Cercetătorii de la universitățile Linköping, Lund și Gothenburg, din Suedia, au realizat cu succes electrozii crescuți în creier folosind moleculele corpului ca declanșatori.

Rezultatul, publicat în revista Science, deschide calea pentru formarea de circuite electronice complet integrate în organismele vii.

„Timp de decenii, am încercat să creăm electronice care imită biologia. Acum lăsăm biologia să creeze electronicele pentru noi”, spune profesorul Magnus Berggren, de la Laboratorul de Electronică Organică (LOE) din cadrul Universității Linköping.

În ce scop au fost creați electrozii crescuți în creier?

Conectarea electronicelor la țesutul biologic este importantă pentru a înțelege funcțiile biologice complexe, a combate bolile din creier și pentru a dezvolta interfețe viitoare între om și aparat. Cu toate acestea, bioelectronica convențională, dezvoltată în paralel cu industria semiconductoarelor, are un design fix și static care este dificil, dacă nu imposibil, de combinat cu sistemele de semnal biologic vii.

Pentru a aduce la un loc biologia și tehnologia, cercetătorii au dezvoltat o metodă de creare a materialelor moi, fără substrat, conductoare electronic în țesutul viu. Prin injectarea unui gel care conține enzime drept „molecule de asamblare”, cercetătorii au reușit să realizeze electrozii crescuți în creier în țesutul peștelui zebră și al lipitorilor medicinale.

O nouă paradigmă

„Contactul cu substanțele corpului schimbă structura gelului și îl face conductiv electric, ceea ce nu este înainte de injectare. În funcție de țesut, putem ajusta și compoziția gelului pentru a începe procesul electric”, spune Xenofon Strakosas, cercetător la LOE și Universitatea Lund și unul dintre principalii autori ai studiului.

Moleculele endogene ale corpului sunt suficiente pentru a declanșa formarea electrozilor. Nu este nevoie de modificări genetice sau de semnale externe, cum ar fi lumină sau energie electrică, care au fost necesare în experimentele anterioare. Cercetătorii suedezi sunt primii din lume care reușesc acest lucru.

Studiul lor deschide calea pentru o nouă paradigmă în bioelectronică. Acolo unde anterior a fost nevoie de obiecte fizice implantate pentru a începe procesele electronice în organism, injectarea unui gel vâscos va fi suficientă în viitor, scrie Eurek Alert.

Ce legătură are peștele zebră cu electrozii crescuți în creier?

În lucrare, cercetătorii arată în continuare că metoda poate ținti materialul conducător electronic către substructuri biologice specifice și, prin urmare, poate crea interfețe adecvate pentru stimularea nervilor. Pe termen lung, fabricarea de circuite electronice complet integrate în organismele vii poate fi posibilă.

În experimentele efectuate la Universitatea Lund, echipa a obținut cu succes electrozii crescuți în creier, inimă și aripioarele de coadă ale peștilor zebră și în jurul țesutului nervos al lipitorilor medicinale. Animalele nu au fost afectate de gelul injectat și nici de formarea electrodului. Una dintre multele provocări ale acestor studii a fost să țină cont de sistemul imunitar al animalelor.

„Făcând modificări inteligente ale chimiei, am reușit să dezvoltăm electrozi care au fost acceptați de țesutul creierului și de sistemul imunitar. Peștele zebră este un model excelent pentru studiul electrozilor organici din creier”, spune profesorul Roger Olsson, de la Facultatea de Medicină a Universității Lund, care are și un laborator de chimie la Universitatea din Göteborg.

Acest studiu este un punct de plecare bun pentru lucrări ulterioare

Profesorul Roger Olsson a fost cel care a venit cu inițiativa studiului, după ce a citit despre trandafirul electronic dezvoltat de cercetătorii de la Universitatea Linköping în 2015. O problemă de cercetare și o diferență importantă între plante și animale a fost diferența de structura celulară.

În timp ce plantele au pereți celulari rigizi care permit formarea de electrozi, celulele animale seamănă mai mult cu o masă moale. Crearea unui gel cu suficientă structură și combinația potrivită de substanțe pentru a forma electrozi într-un astfel de mediu a fost o provocare care a avut nevoie de mulți ani pentru a fi rezolvată.

„Rezultatele noastre se deschid pentru moduri complet noi de a gândi despre biologie și electronică. Mai avem o serie de probleme de rezolvat, dar acest studiu este un bun punct de plecare pentru cercetări viitoare”, spune Hanne Biesmans, doctorandă la LOE și unul dintre autorii principali.

Vă recomandăm să citiți și:

O companie elvețiană a creat prima friptură de mușchiuleț de vită crescut în laborator

Consumul excesiv de alcool ar putea fi redus cu o pastilă pentru boli de piele

Cât mai avem de așteptat până la următoarea generație de tratamente împotriva cancerului?

De ce au fost create țesăturile care își schimbă forma la căldură?