Uus uuring võib võimaldada teadlastel luua rakutasandil küborge, tänu MIT Meedialabor miniatuurse antenni kujundamiseks, mis võib elusrakus juhtmevabalt töötada. Sellel võib olla rakendusi meditsiinilises diagnostikas, ravis ja muudes teaduslikes protsessides, kuna antenn võib reaalajas jälgida ja juhtida raku aktiivsus.
Teadlased andsid sellele tehnoloogiale nimeks Cell Rover. See on esimene demonstratsioon antennist, mis võib töötada rakus ja ühildub 3D bioloogiliste süsteemidega.
Deblina Sarkar, MIT Media Labi dotsent ja AT&T karjääriarenduse õppetool ning Nano-Cybernetic Biotrek Labi juht, ütles: "Tüüpilised bioelektroonilised liidesed on millimeetri või isegi sentimeetri suurused ega ole mitte ainult väga invasiivsed, vaid ka ei suuda pakkuda eraldusvõimet, mis on vajalik üksikute rakkudega juhtmevabaks suhtlemiseks - eriti kui arvestada, et muutused isegi ühes rakus võivad mõjutada tervet organismi."
Äsja välja töötatud antenni suurus on palju väiksem kui raku suurus. Antenn moodustas munarakurakkudega tehtud uuringutes vähem kui 05 protsenti rakkude mahust. See teisendab elektromagnetilised lained akustilisteks laineteks, mille lainepikkused on viis suurusjärku väiksemad, mis esindab heli kiirust jagatud lainesagedusega - kui elektromagnetlainetel.
Miniatuursed antennid on konstrueeritud kasutades magnetostriktiivset ainet, et saavutada elektromagnetilistest lainetest akustilisteks laineteks. Magnetostriktiivses materjalis olevad magnetdomeenid joonduvad väljaga, kui a magnetväli rakendatakse antennile, toidetakse ja aktiveeritakse. See põhjustab materjali pinget, sarnaselt sellele, kuidas kangasse kootud metallniidid võivad reageerida võimsale magnetile keerates.
Baju Joy, Sarkari labori õpilane ja selle töö juhtiv autor, ütles: "Kui antennile rakendatakse vahelduvat magnetvälja, tekitab materjalis tekkiv muutuv deformatsioon ja pinge (rõhk) akustilised lained antennis. Samuti oleme välja töötanud uudse strateegia, mis kasutab kulgurite rakkudesse viimiseks ebaühtlast magnetvälja.
Sarkar ütles, "Sellisel viisil konfigureeritud antenni saab kasutada bioloogia põhialuste uurimiseks looduslike protsesside toimumisel. Selle asemel, et rakke hävitada, et uurida nende tsütoplasma, nagu tavaliselt tehakse, saab Cell Rover jälgida raku arengut või jagunemist, tuvastades erinevaid kemikaale ja biomolekule, nagu ensüümid, või füüsilisi muutusi, näiteks rakurõhku – seda kõike reaalajas ja in vivo. .”
Teadlased väidavad, et selliseid materjale nagu polümeerid, mida juba kasutatakse meditsiinilistes ja muudes uuringutes, saab Cell Roveri tööga integreerida. Näiteks polümeerid muudavad massi või stressi vastusena keemilistele või biomolekulaarsetele muutustele. Selline kombinatsioon võib paljastada teavet, mida praegu kasutatavad raku hävitavad vaatlusmeetodid ei anna.
Sarkar selgitas, "Selliste võimaluste korral võivad Cell Roversid olla väärtuslikud vähk ja näiteks neurodegeneratiivsete haiguste uuringud. See tehnoloogia suudab tuvastada ja jälgida haigusega seotud biokeemilisi ja elektrilisi muutusi selle progresseerumisel üksikutes rakkudes. Ravimite avastamise valdkonnas võib tehnoloogia valgustada elusrakkude reaktsioone erinevatele ravimitele.
"Nanoelektrooniliste seadmete, nagu transistorid ja lülitid, keerukuse ja ulatuse tõttu - "esindab viis aastakümmet tohutuid edusamme infotehnoloogia valdkonnas. Cell Rover koos oma miniantenniga võiks täita funktsioone alates rakusisesest andmetöötlusest ja teabetöötlusest kuni raku autonoomse uurimise ja moduleerimiseni. Uuring näitas, et mitu Cell Roverit saab kasutada isegi ühes rakus, et suhelda omavahel ja väljaspool rakke.
Anantha P. Chandrakasan, MIT Insenerikooli dekaan ja Vannevar Bushi elektrotehnika ja arvutiteaduse professor, ütles, "Cell Rover on uuenduslik kontseptsioon, kuna see võib manustada elusrakku tajumis-, side- ja infotehnoloogiat. See avab enneolematud võimalused täpseks diagnostikaks, teraapiaks ja ravimite avastamiseks, aga ka uue suuna bioloogia ja elektroonikaseadmete ristumiskohas.
Ajakirja viide:
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC jt. Cell Rover – miniatuurne magnetostriktiivne antenn elusrakkudes juhtmevabaks kasutamiseks. Nat Commun 13, 5210 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32862-4
