Un nou studiu ar putea permite oamenilor de știință să creeze cyborgi la scară celulară, datorită MIT Media Lab pentru proiectarea unei antene miniaturale care poate funcționa fără fir în interiorul unei celule vii. Acest lucru ar putea avea aplicații în diagnosticarea medicală, tratament și alte procese științifice din cauza potențialului antenei pentru monitorizare și direcționare în timp real. activitate celulară.
Oamenii de știință au numit această tehnologie Cell Rover. Reprezintă prima demonstrație a unei antene care poate funcționa în interiorul unei celule și este compatibilă cu sistemele biologice 3D.
Deblina Sarkar, profesor asistent și director de dezvoltare a carierei AT&T la MIT Media Lab și șeful Laboratorului Nano-Cybernetic Biotrek, a spus: „Interfețele bioelectronice tipice au dimensiuni de milimetri sau chiar centimetri și nu numai că sunt extrem de invazive, ci și nu reușesc să ofere rezoluția necesară pentru a interacționa fără fir cu celulele individuale – mai ales având în vedere că modificările chiar și la o singură celulă pot afecta un întreg organism.”
Dimensiunea antenei nou dezvoltate este mult mai mică decât o celulă. Antena a reprezentat mai puțin de 05 la sută din volumul celulelor în cercetarea cu celule ovocite. Se convertește unde electromagnetice în unde acustice, ale căror lungimi de undă sunt cu cinci ordine de mărime mai mici, reprezentând viteza sunetului împărțită la frecvența undei - decât cele ale undelor electromagnetice.
Antenele miniaturale sunt construite folosind o substanță cunoscută sub numele de magnetostrictiv pentru a realiza această conversie de la unde electromagnetice la unde acustice. Domeniile magnetice din materialul magnetostrictiv se aliniază la câmp atunci când a câmp magnetic este aplicat pe antenă, pornind-o și activând-o. Acest lucru provoacă tensiune în material, la fel ca firele metalice țesute în țesătură ar putea reacționa la un magnet puternic prin răsucire.
Baju Joy, un student în laboratorul lui Sarkar și autorul principal al acestei lucrări, a spus: „Atunci când un câmp magnetic alternativ este aplicat antenei, deformarea și tensiunea (presiunea) variabilă produse în material sunt cele care creează unde acustice în antenă. De asemenea, am dezvoltat o strategie nouă, folosind un câmp magnetic neuniform pentru a introduce roverele în celule.”
Sarkar a spus: „Configurată în acest fel, antena ar putea fi folosită pentru a explora elementele fundamentale ale biologiei pe măsură ce au loc procesele naturale. În loc să distrugă celulele pentru a le examina citoplasma așa cum se face de obicei, Cell Rover ar putea monitoriza dezvoltarea sau diviziunea unei celule, detectând diferite substanțe chimice și biomolecule, cum ar fi enzime sau modificări fizice, cum ar fi presiunea celulară - toate în timp real și in vivo. .”
Cercetătorii susțin că materiale precum polimerii, care sunt deja utilizați în cercetarea medicală și de altă natură, ar putea fi integrate cu funcționarea Cell Rover. Polimerii, de exemplu, se modifică în masă sau stres ca răspuns la modificări chimice sau biomoleculare. O combinație ca aceasta ar putea dezvălui informații pe care metodele de observare care distrug celulele utilizate în prezent nu le fac.
Sarkar a explicat, „Cu astfel de capabilități, Cell Rover-urile ar putea fi valoroase cancer și cercetarea bolilor neurodegenerative, de exemplu. Tehnologia ar putea detecta și monitoriza modificările biochimice și electrice asociate cu boala asupra progresiei acesteia în celulele individuale. Aplicată în domeniul descoperirii medicamentelor, tehnologia ar putea lumina reacțiile celulelor vii la diferite medicamente.”
„Din cauza rafinamentului și a dimensiunii dispozitivelor nanoelectronice, cum ar fi tranzistoarele și comutatoarele – „reprezentând cinci decenii de progrese extraordinare în domeniul tehnologiei informației. Cell Rover, cu mini antena sa, ar putea îndeplini funcții variind de la calculul intracelular și procesarea informațiilor până la explorarea și modularea autonomă a celulei. Cercetarea a demonstrat că mai multe celule mobile pot fi angajate, chiar și în cadrul unei singure celule, pentru a comunica între ei și în afara celulelor.”
Anantha P. Chandrakasan, decan al Școlii de Inginerie MIT și profesor de inginerie electrică și informatică Vannevar Bush, a spus, „Cell Rover este un concept inovator, deoarece poate încorpora tehnologia de detectare, comunicare și informare în interiorul unei celule vii. Acest lucru deschide oportunități fără precedent pentru diagnosticare exactă, terapie și descoperire de medicamente, precum și o nouă direcție la intersecția dintre biologie și dispozitivele electronice.”
Referința jurnalului:
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC și colab. Cell Rover — o antenă magnetostrictivă miniaturizată pentru funcționarea fără fir în interiorul celulelor vii. Nat Commun 13, 5210 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32862-4
