محققان الکترونیک را مستقیماً در داخل بافت زنده پرورش می دهند

پیوند بافت عصبی با الکترونیک راهی برای بررسی ویژگی های سیگنال الکتریکی پیچیده سیستم عصبی فراهم می کند. دستگاه های الکترونیکی کاشته شده همچنین می توانند برای تعدیل مدارهای عصبی برای پیشگیری یا درمان بیماری های مختلف استفاده شوند. متأسفانه، یک عدم تطابق اساسی بین بسترهای الکترونیکی سفت و سخت و بافت‌های نرم وجود دارد که خطر آسیب به سیستم‌های زنده حساس را به همراه دارد.

محققان سوئدی با تولید الکترود در بدن راهی برای رفع این عدم تطابق پیدا کرده اند. تیم - از دانشگاه لینچوپینگ, دانشگاه لوند و دانشگاه گوتنبرگ - روشی را برای ایجاد مواد رسانای نرم و بدون بستر مستقیماً در داخل بافت زنده با استفاده از مولکول های بدن به عنوان محرک ایجاد کرده است.

رویکرد، شرح داده شده در علم، با یک محلول تزریقی ساخته شده از یک کوکتل پیچیده از پیش سازهای مولکولی شروع می شود. این ژل حاوی یک مونومر آلی به نام ETE-COONa و همچنین آنزیم های اکسیداز (گلوکز اکسیداز (GOx) یا اکسیداز لاکتات (LOx)) و پراکسیداز ترب کوهی است که در یک ماتریکس پلیمری به همراه اتصال دهنده های عرضی تعبیه شده اند. پس از تزریق، آنزیم ها متابولیت های درون زا در بافت (گلوکز یا لاکتات) را تجزیه می کنند و باعث پلیمریزاسیون مونومر آلی برای تشکیل ژل رسانای پایدار و نرم می شوند.

"برای چندین دهه، ما سعی کرده ایم الکترونیکی ایجاد کنیم که زیست شناسی را تقلید کند. اکنون به زیست شناسی اجازه می دهیم الکترونیک را برای ما ایجاد کند مگنوس برگرن در بیانیه مطبوعاتی

در in vivo ساخت الکترود

برگرن و همکارانش با تزریق ژل های کوکتل به گورخرماهی زنده بیهوش شده، فرآیند پلیمریزاسیون ناشی از آنزیم را تأیید کردند. ژل های تزریق شده به دم باله های گورخری پلیمریزه شدند در داخل بدن، ایجاد یک رنگ تیره مشخص در تمام طول حفره های باله. گلوکز و لاکتات هر دو کاتالیزورهای موثری بودند، با لاکتات که باعث پلیمریزاسیون سریع‌تر می‌شود، احتمالاً به دلیل غلظت‌های بالاتر آن در بافت‌های گورخرماهی.

تیم در مرحله بعد کوکتل را با LOx به عنوان آنزیم اکسیداز به مغز گورخرماهی بیهوش تزریق کردند، کار انجام شده توسط راجر اولسون از دانشگاه لوند برش های مغزی جدا شده حاوی پلیمر آبی تیره بود که نشان دهنده نشانه هایی از پلیمریزاسیون است که محققان از طریق طیف سنجی جذبی UV-vis تایید کردند.

آنها رفتار الکتریکی برش های مغز را با قرار دادن آنها در بالای آرایه های ریز الکترود طلا (MEAs) و انجام اندازه گیری در مناطق دارای لکه های تیره مشخص کردند. وقتی ولتاژی بین 0.5- تا 0.5 ولت اعمال شد، برش های مغز کم آب جریان خطی را نشان دادند. این جریان بیشتر از نمونه های بافت شاهد بود.

نکته مهم این است که به نظر می رسد ژل های مبتنی بر LOx غیر سمی هستند. سه روز پس از پلیمریزاسیون ژل در مغز، گورخرماهی رفتار شنای طبیعی نشان داد و محل تزریق هیچ نشانه ای از آسیب بافتی نداشت.

تزریق ژل کوکتل مبتنی بر GOx به مغز گورخرماهی باعث پلیمریزاسیون نشد. این عملکرد ضعیف انتظار می رفت زیرا مغز گورخرماهی، مانند همتایان انسانی خود، به داشتن گلوکز پایین و غلظت لاکتات بالا شناخته شده است.

محققان همچنین قلب های استخراج شده گورخرماهی را در ژل های کوکتل مبتنی بر GOx یا LOx غوطه ور کردند. برای هر دو ژل، آنها خطوط آبی تیره را روی سطح قلب ها مشاهده کردند که نشان می دهد هم گلوکز و هم لاکتات باعث پلیمریزاسیون می شوند. قلب‌هایی که از ژل خارج شده و با MEA ادغام شده‌اند، یک پاسخ جریان خطی به اعمال یک جارو ولتاژ خطی نشان می‌دهند، رفتاری که در نمونه‌های کنترل دیده نمی‌شود.

این یافته ها نشان می دهد که تشکیل هادی های الکترونیکی که توسط متابولیت های درون زا سوخت می شوند، می توانند الکترونیک نرم را در بافت ها و محیط های مختلف بیولوژیکی ایجاد کنند. برای تایید این موضوع، محققان این ژل ها را به نمونه های گوشت گاو، خوک، مرغ و توفو تزریق کردند. آنها پلیمریزاسیون را در تمام بافت ها مشاهده کردند، اما در توفوی گیاهی به دلیل کمبود یا غلظت کم متابولیت های مورد نیاز مشاهده نشد.

در نهایت، برای بررسی امکان ایجاد الکترودهای ضبط و تحریک برای کاربردهای علوم اعصاب، این تیم ژل را به زالوهای دارویی تزریق کردند که دارای سیستم عصبی ساده و در دسترس هستند. آنها نشان دادند که کوکتل های مبتنی بر LOx در محل پلیمریزه می شوند و می توانند بافت عصبی را با الکترودهای طلا روی یک کاوشگر انعطاف پذیر کوچک پیوند دهند.

دیجیتالی کردن سلامت

نویسنده همکار می گوید: «نتایج ما راه های کاملاً جدیدی را برای تفکر در مورد زیست شناسی و الکترونیک باز می کند هانه بیسمانز، دانشجوی دکترا در آزمایشگاه الکترونیک آلی لینکوپینگ. ما هنوز طیف وسیعی از مشکلات را برای حل داریم، اما این مطالعه نقطه شروع خوبی برای تحقیقات آینده است.

Berggren می گوید که اهداف فعلی تیم شامل تغییر ترکیب شیمیایی کوکتل برای کنترل مکان های اتصال، ارائه ابزاری برای ساخت الکترودها و الکترونیک در سطح سلول است. او می‌گوید: «ما همچنین کوکتل‌ها و تغییرات آن‌ها را در دیگر مدل‌های حیوانی بزرگ‌تر ارزیابی می‌کنیم تا بتوانیم با مدارهای خارجی تماس برقرار کنیم و سپس سیگنال‌های عصبی را ضبط یا فعال کنیم». دنیای فیزیک.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/researchers-grow-electronics-directly-inside-living-tissue/