חוקרים מגדלים אלקטרוניקה ישירות בתוך רקמה חיה

התממשקות רקמה עצבית עם אלקטרוניקה מספקת דרך לחקור את מאפייני האיתות החשמליים המורכבים של מערכת העצבים. מכשירים אלקטרוניים מושתלים יכולים לשמש גם כדי לווסת מעגלים עצביים כדי למנוע או לטפל במחלות שונות. למרבה הצער, יש חוסר התאמה מהותי בין מצעים אלקטרוניים קשיחים לרקמות רכות המסכנת נזק למערכות חיים עדינות.

חוקרים בשבדיה מצאו דרך לעקוף את חוסר ההתאמה הזה, על ידי יצירת אלקטרודות בתוך הגוף. הצוות - מ אוניברסיטת לינקופינג, אוניברסיטת לונד ו אוניברסיטת גוטנברג – פיתחה שיטה ליצירת חומרים מוליכים רכים וללא מצע ישירות בתוך רקמה חיה, תוך שימוש במולקולות הגוף כטריגרים.

הגישה, המתוארת ב מדע, מתחיל בתמיסה להזרקה העשויה מקוקטייל מורכב של מבשרים מולקולריים. ג'ל זה מכיל מונומר אורגני המכונה ETE-COONa, וכן אנזימי אוקסידאז (גלוקוז אוקסידאז (GOx) או לקטט אוקסידאז (LOx)) ופרוקסידאז חזרת המוטבעים במטריקס פולימרי יחד עם צולבים. לאחר ההזרקה, האנזימים מפרקים מטבוליטים אנדוגניים ברקמה (גלוקוז או לקטט), ומעוררים פילמור של המונומר האורגני ליצירת ג'ל מוליך יציב ורך.

"במשך כמה עשורים, ניסינו ליצור אלקטרוניקה המחקה ביולוגיה. עכשיו אנחנו נותנים לביולוגיה ליצור עבורנו את האלקטרוניקה", אומר אוניברסיטת לינקופינג מגנוס ברגגרן בהצהרת עיתונאים.

In vivo ייצור אלקטרודות

Berggren ועמיתיו אימתו את תהליך הפילמור המופעל על ידי אנזים על ידי הזרקת ג'ל הקוקטיילים לדגי זברה חיים מורדמים. ג'לים מוזרקים לסנפירי הזנב של דג הזברה מפולמרים in vivo, יוצר צבע כהה מובהק לכל אורך חללי הסנפיר. גם גלוקוז וגם לקטט היו זרזים יעילים, כאשר לקטט משרה פילמור מהיר יותר, ככל הנראה בשל הריכוזים הגבוהים שלו ברקמות דג הזברה.

לאחר מכן, הצוות הזריק לקוקטייל LOx כאנזים אוקסידאז למוחות של דג זברה מורדם, עבודה שבוצעה על ידי רוג'ר אולסון מאוניברסיטת לונד. פרוסות מוח מנותחות הכילו פולימר כחול כהה, מה שמצביע על סימני פילמור, שאותם אישרו החוקרים באמצעות ספקטרוסקופיה של ספיגה של UV-vis.

הם אפיינו את ההתנהגות החשמלית של פרוסות המוח על ידי הצבתן על גבי מערכי מיקרו-אלקטרודות זהב (MEA) וביצוע מדידות באזורים עם כתמים כהים. פרוסות מוח מיובשות הציגו זרם ליניארי כאשר הופעל מתח של בין -0.5 ל-0.5 V. זרם זה היה גבוה ממה שנראה בדגימות רקמות ביקורת.

חשוב לציין שהג'לים המבוססים על LOx נראו כלא רעילים. שלושה ימים לאחר פילמור ג'ל במוח, דג הזברה הראה התנהגות שחייה תקינה ובמקום ההזרקה לא היו סימנים של נזק לרקמות.

הזרקת ג'ל קוקטייל מבוססי GOx למוח של דג הזברה לא גרמה לפילמור. ביצועים גרועים אלו היו צפויים מכיוון שמוחות דג הזברה, בדומה לעמיתיהם האנושיים, ידועים כבעלי גלוקוז נמוך וריכוזי לקטט גבוהים.

החוקרים גם טבלו את לבבות דג הזברה שחולצו בג'ל קוקטייל מבוסס GOx או LOx. עבור שני הג'לים, הם הבחינו בקווים כחולים כהים על פני הלבבות, מה שמצביע על כך שגם גלוקוז וגם לקטט הובילו לפילמור. לבבות שהוסרו מהג'ל ושולבו עם MEAs הציגו תגובת זרם ליניארית ליישום של סוויפ מתח ליניארי, התנהגות שלא נראתה בדגימות בקרה.

ממצאים אלה מוכיחים כי היווצרות של מוליכים אלקטרוניים הניזונים על ידי מטבוליטים אנדוגניים יכולה לפתח אלקטרוניקה רכה ברקמות ביולוגיות ובסביבות שונות. כדי לאשר זאת, החוקרים הזריקו את הג'לים לדגימות בשר בקר, חזיר, עוף וטופו. הם צפו בפילמור בכל הרקמות, אך לא בטופו על בסיס צמחי, עקב היעדר או ריכוז נמוך של המטבוליטים הנדרשים.

לבסוף, כדי לחקור את האפשרות ליצור אלקטרודות הקלטה וגירוי עבור יישומים במדעי המוח, הצוות הזריק את הג'ל לתוך עלוקות רפואיות, בעלות מערכת עצבים פשוטה ונגישה בקלות. הם הראו שקוקטיילים המבוססים על LOx התפלמרו באתרם ויכולים להתחבר בין רקמה עצבית לאלקטרודות זהב על בדיקה גמישה זעירה.

הפיכת הבריאות לדיגיטלית

"התוצאות שלנו פותחות לדרכי חשיבה חדשות לחלוטין על ביולוגיה ואלקטרוניקה", אומר מחבר משותף האן ביזמנס, דוקטורנט במעבדה לאלקטרוניקה אורגנית של לינקופינג. "עדיין יש לנו מגוון של בעיות לפתור, אבל המחקר הזה הוא נקודת התחלה טובה למחקר עתידי."

ברגגרן אומר שהמטרות הנוכחיות של הצוות כוללות שינוי בכימיה של הקוקטיילים כדי לשלוט במיקומי הקישור, מתן כלי לבניית אלקטרודות ואלקטרוניקה ברמת התא. "אנחנו גם מעריכים את הקוקטיילים, והשינויים בהם, במודלים אחרים של בעלי חיים גדולים יותר, כדי לאפשר מגע עם מעגלים חיצוניים, ולאחר מכן להשיג הקלטה או הפעלה של איתות נוירוני", הוא אומר עולם הפיזיקה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/researchers-grow-electronics-directly-inside-living-tissue/