211service.com
Cyborg vævsmonitorer celler
Forskere ved Harvard University har konstrueret et materiale, der fusionerer nanoskalaelektronik med biologiske væv - et bogstaveligt net af transistorer og celler.
Kablet stillads: Alginat (hvidt), et tang-afledt materiale, der bruges i konventionelle cellestilladser, aflejres omkring nanoskala metaltråde (falskfarvet i brunt) for at danne et tredimensionelt elektronisk stillads.
Det cyborglignende væv, beskrevet online på Naturmaterialer , understøtter cellevækst, mens de samtidig overvåger disse cellers aktiviteter. Det kunne forbedres in vitro lægemiddelscreening ved at give forskere mulighed for at spore, hvordan celler i et tredimensionelt miljø reagerer på lægemidler i realtid, siger forfatterne. Det kan også være et første skridt mod proteser, der kommunikerer direkte med nervesystemet, og vævsimplantater, der fornemmer og reagerer på skade eller sygdom.
Tidligere har forskere udviklet flade, fleksible enheder, der strækker sig langs ydersiden af et organ, som f.eks. hjerte , hjerne , eller hud (se Fremstilling af strækbar elektronik). Men disse materialer overvåger kun elektrisk aktivitet på overfladen af et væv.
Det nye stillads blev lavet af et team af forskere, der inkluderer Bozhi Tian, et medlem af 2012 Technology Review's TR35 (se 35 innovatører under 35: Bozhi Tian ); Harvard University kemiker Charles Lieber; Daniel Kohane, direktør for Laboratory for Biomaterials and Drug Delivery på Boston Children's Hospital; og Robert Langer, en kemiingeniør og institutprofessor ved MIT. Gruppen satte sig for at designe et tredimensionelt stillads, der integrerer elektronik direkte i levende væv.
De nanoelektroniske stilladser blev lavet af et tyndt net af metal nanotråde, enten lige eller bøjede, oversået med små transistorer, der registrerer elektrisk aktivitet. Forskerne foldede eller rullede nettet til en tredimensionel struktur for at simulere henholdsvis et stykke væv eller et blodkar. Resultatet er et stillads, der er både porøst og fleksibelt - ikke en let bedrift for elektronik. Disse stilladser er mekanisk de blødeste elektroniske materialer, der nogensinde er blevet lavet, siger Lieber.
Stilladset blev derefter podet med celler eller fusioneret med konventionelle biomaterialer, såsom kollagen, til hybrid stilladser. Det viser ud fra et materialeperspektiv, at man kan kombinere disse elektroniske netværk med stort set hvad som helst, tilføjer Lieber.
For at teste konstruktionens sanseevner udførte holdet eksperimenter med levende celler. De dyrkede neuroner i stilladset og overvågede derefter med succes cellernes affyringsaktivitet som reaktion på excitatoriske neurotransmittere; de observerede hjerteceller på den ene side af vævet slå på subtilt anderledes måder end celler på den anden side; og de overvågede pH-ændringer på indersiden og ydersiden af et forenklet blodkar, lavet af rullet konstruktion og glatte muskelceller.
Lieber siger, at adskillige farmaceutiske virksomheder allerede har udtrykt interesse for stilladserne for at overvåge lægemiddelreaktioner i forskellige væv. Det er den nærmeste ansøgning, siger han - men ikke det endelige mål. En dag vil Lieber gerne udvikle vævstransplantater, der kan rapportere deres funktion til læger og give øjeblikkelig feedback til et væv, når det er nødvendigt, såsom at frigive et lægemiddel i huden eller lungerne. Vi har mulighed for at fusionere elektronik med cellulære systemer, siger han.