Nova študija bi lahko znanstvenikom omogočila ustvarjanje kiborgov na celičnem nivoju, zahvaljujoč MIT Media Lab za oblikovanje miniaturne antene, ki lahko brezžično deluje v živi celici. To bi lahko bilo uporabljeno v medicinski diagnostiki, zdravljenju in drugih znanstvenih procesih zaradi potenciala antene za spremljanje in usmerjanje v realnem času. celična aktivnost.
Znanstveniki so to tehnologijo poimenovali Cell Rover. Predstavlja prvo predstavitev antene, ki lahko deluje znotraj celice in je združljiva s 3D biološkimi sistemi.
Deblina Sarkar, docentka in predsednica AT&T Career Development v MIT Media Lab in vodja Nano-Cybernetic Biotrek Lab, je dejala, "Tipični bioelektronski vmesniki so veliki milimetrov ali celo centimetrov in niso samo zelo invazivni, ampak tudi ne zagotavljajo ločljivosti, ki je potrebna za brezžično interakcijo s posameznimi celicami - zlasti če upoštevamo, da lahko spremembe celo ene celice vplivajo na celoten organizem."
Velikost na novo razvite antene je veliko manjša od celice. Antena je predstavljala manj kot 05 odstotka celičnega volumna v raziskavah z oocitnimi celicami. Pretvarja se elektromagnetni valovi v akustične valove, katerih valovne dolžine so za pet velikostnih redov manjše, kar predstavlja hitrost zvoka, deljeno s frekvenco valovanja - kot pri elektromagnetnih valovih.
Miniaturne antene so izdelane z uporabo snovi, znane kot magnetostriktivna, da dosežejo to pretvorbo iz elektromagnetnih v akustične valove. Magnetne domene znotraj magnetostriktivnega materiala se poravnajo s poljem, ko a magnetno polje se nanaša na anteno, jo napaja in aktivira. To povzroči napetost v materialu, podobno kot bi lahko kovinske niti, vtkane v tkanino, z zvijanjem reagirale na močan magnet.
Baju Joy, študent v Sarkarjevem laboratoriju in glavni avtor tega dela, je dejal, »Ko je na anteno uporabljeno izmenično magnetno polje, je različna obremenitev in napetost (tlak), ki nastane v materialu, tisto, kar ustvari akustični valovi v anteni. Razvili smo tudi novo strategijo z uporabo neenakomernega magnetnega polja za uvedbo roverjev v celice.
Sarkar je rekel »Tako konfigurirano anteno bi lahko uporabili za raziskovanje osnov biologije, ko se odvijajo naravni procesi. Namesto uničevanja celic za pregled njihove citoplazme, kot se običajno počne, bi lahko Cell Rover spremljal razvoj ali delitev celice, zaznaval različne kemikalije in biomolekule, kot so encimi, ali fizične spremembe, kot je celični pritisk – vse v realnem času in in vivo .”
Raziskovalci trdijo, da bi lahko materiale, kot so polimeri, ki se že uporabljajo v medicinskih in drugih raziskavah, vključili v delovanje Cell Roverja. Polimeri, na primer, spremenijo maso ali napetost kot odgovor na kemične ali biomolekularne spremembe. Takšna kombinacija bi lahko razkrila informacije, ki jih metode opazovanja, ki uničujejo celice in so trenutno v uporabi, ne.
Sarkar je pojasnil, »S takšnimi zmogljivostmi so lahko Cell Rovers dragoceni rak in raziskave nevrodegenerativnih bolezni, na primer. Tehnologija bi lahko zaznala in spremljala biokemične in električne spremembe, povezane z boleznijo, pri njenem napredovanju v posameznih celicah. Uporabljena na področju odkrivanja zdravil bi lahko tehnologija osvetlila reakcije živih celic na različna zdravila.«
»Zaradi sofisticiranosti in obsega nanoelektronskih naprav, kot so tranzistorji in stikala, »predstavljajo pet desetletij izjemnega napredka na področju informacijske tehnologije. Cell Rover s svojo mini anteno bi lahko izvajal funkcije, ki segajo od znotrajceličnega računalništva in obdelave informacij do avtonomnega raziskovanja in modulacije celice. Raziskava je pokazala, da je mogoče vključiti več Cell Roverjev, tudi znotraj ene celice, da komunicirajo med seboj in zunaj celic.«
Anantha P. Chandrakasan, dekanja Inženirske fakultete MIT in profesorica elektrotehnike in računalništva Vannevar Bush, je dejal, »Cell Rover je inovativen koncept, saj lahko zaznavanje, komunikacijo in informacijsko tehnologijo vgradi v živo celico. To odpira priložnosti brez primere za natančno diagnostiko, terapevtiko in odkrivanje zdravil, kot tudi novo smer na stičišču med biologijo in elektronskimi napravami.«
Referenca dnevnika:
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC et al. Cell Rover—miniaturizirana magnetostrikcijska antena za brezžično delovanje znotraj živih celic. Nat Commun 13, 5210 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32862-4
