Cercetătorii americani de la Universitatea din Chicago (UChicago) au creat un prototip pentru ceea ce ei numesc „bioelectronică vie”: o combinaţie de celule vii, gel şi electronice care se pot integra în ţesuturile vii. Testele efectuate pe şoareci au arătat că dispozitivele ar putea monitoriza în permanenţă şi îmbunătăţi simptomele asemănătoare psoriazisului, fără a irita pielea.
De ani de zile, laboratorul profesorului Bozhi Tian studiază cum să integreze lumea electronicii - rigidă, metalică, voluminoasă - cu cea a corpului - moale, flexibilă, delicată.
În cea mai recentă lucrare a laboratorului, echipa a creat un prototip pentru ceea ce ei numesc „bioelectronică vie”: o combinaţie de celule vii, gel şi electronice care se poate integra cu ţesutul viu.
Plasturii sunt făcuţi din senzori, celule bacteriene şi un gel realizat din amidon şi gelatină.
Testele efectuate pe şoareci au arătat că dispozitivele pot monitoriza în permanenţă şi îmbunătăţi simptomele asemănătoare psoriazisului, fără a irita pielea.
„Aceasta este o punte de legătură faţă de bioelectronica tradiţională, care încorporează celule vii ca parte a terapiei”, a declarat într-un comunicat Jiuyun Shi, coautorul primului autor al lucrării şi fost doctorand în laboratorul lui Tian (acum la Universitatea Stanford).
„Suntem foarte entuziasmaţi pentru că a fost un deceniu şi jumătate de muncă”, au precizat cercetătorii.
Laboratorul speră ca principiile să poată fi aplicate şi la alte părţi ale corpului, cum ar fi stimularea cardiologică sau neuronală.
Studiul a fost publicat recent în revista Science.
Asocierea electronicii cu corpul uman a fost întotdeauna dificilă. Deşi dispozitive precum stimulatoarele cardiace au îmbunătăţit nenumărate vieţi, acestea au dezavantajele lor; aparatele tind să fie voluminoase şi rigide şi pot provoca iritaţii.
Laboratorul UChicago este specializat în descoperirea principiilor fundamentale din spatele modului în care celulele şi ţesuturile vii interacţionează cu materialele sintetice; lucrările lor anterioare au inclus un stimulator cardiac minuscul care poate fi controlat cu ajutorul luminii şi materiale puternice, dar flexibile, care ar putea sta la baza implanturilor osoase.
În acest studiu, ei au adoptat o nouă abordare. În mod obişnuit, bioelectronica constă în electronica propriu-zisă, plus un strat moale pentru a o face mai puţin iritantă pentru organism.
Laboratorul s-a întrebat dacă ar putea adăuga noi capacităţi prin integrarea unei a treia componente formate chiar din celule vii.
Grupul a fost intrigat de proprietăţile de vindecare ale anumitor bacterii, cum ar fi S. epidermidis, un microb care trăieşte în mod natural pe pielea umană şi care s-a demonstrat că reduce inflamaţia.
Echipa a creat un dispozitiv cu trei componente. Cadrul este un circuit electronic subţire şi flexibil cu senzori, acoperit cu un gel creat din amidon de tapioca şi gelatină, care este ultrasoft şi imită compoziţia ţesutului în sine, şi, în cele din urmă, microbii S. epidermidis care sunt băgaţi în gel.
Atunci când dispozitivul este plasat pe piele, bacteriile secretă compuşi care reduc inflamaţia, iar senzorul monitorizează pielea pentru semnale precum temperatura şi umiditatea acesteia.
În testele efectuate pe şoareci predispuşi la afecţiuni cutanate asemănătoare psoriazisului, s-a înregistrat o reducere semnificativă a simptomelor.
Testele iniţiale au durat o săptămână, dar cercetătorii speră că sistemul - pe care îl numesc platforma ABLE (de la Active Biointegrated Living Electronics) - ar putea fi folosit timp de o jumătate de an sau mai mult.
Pentru a face tratamentul mai convenabil, dispozitivul poate fi liofilizat pentru depozitare şi poate fi rehidratat cu uşurinţă atunci când este nevoie.
Întrucât efectele de vindecare sunt furnizate de bacterii, „este ca un medicament viu - nu trebuie să îl reumpli”, a declarat Saehyun Kim, celălalt coautor al lucrării.
Pe lângă tratarea psoriazisului, oamenii de ştiinţă pot prevedea aplicaţii precum plasturi pentru a accelera vindecarea rănilor la pacienţii cu diabet.
De asemenea, ei speră să extindă abordarea la alte tipuri de ţesuturi şi tipuri de celule.
„De exemplu, am putea crea un dispozitiv care să producă insulină sau un dispozitiv care să facă interfaţă cu neuronii”, au explicat ei. „Există multe aplicaţii potenţiale”.
Profesorul Bozhi Tian a mărturisit că şi-a propus acest obiectiv încă de pe vremea când era cercetător postdoctoral, în urmă cu aproape 15 ani, când a început să experimenteze pentru prima dată cu „ţesuturile cyborg”.
„De atunci, am învăţat atât de multe despre lucruri fundamentale, cum ar fi modul în care celulele fac interfaţă cu materialele şi chimia şi fizica hidrogelurilor, ceea ce ne permite să facem acest salt”, a spus el. „Să vedem că a devenit realitate este minunat”.
Echipa colaborează cu Centrul Polonez pentru antreprenoriat şi inovare pentru a comercializa tehnologia.
Foto articol: Un plasture foarte subţire încorporează un circuit electronic flexibil, un gel fabricat din amidon de tapioca şi gelatină şi bacterii prietenoase care ajută la tratarea afecţiunilor pielii. Credit: Jiuyun Shi şi Bozhi Tian, UChicago, iunie 2024
