211service.com
Cyborg Tissue bewaakt cellen
Onderzoekers van de universiteit van Harvard hebben een materiaal geconstrueerd dat elektronica op nanoschaal combineert met biologische weefsels - een letterlijk netwerk van transistors en cellen.
Bekabelde steiger: Alginaat (wit), een van zeewier afgeleid materiaal dat wordt gebruikt in conventionele celsteigers, wordt afgezet rond metalen draden op nanoschaal (vals gekleurd in bruin) om een driedimensionale elektronische steiger te vormen.
Het cyborg-achtige weefsel, online beschreven op Natuurmaterialen , ondersteunt de celgroei en bewaakt tegelijkertijd de activiteiten van die cellen. Het zou kunnen verbeteren in vitro drugsscreening door onderzoekers in staat te stellen te volgen hoe cellen in een driedimensionale omgeving in realtime op medicijnen reageren, zeggen de auteurs. Het kan ook een eerste stap zijn in de richting van protheses die rechtstreeks communiceren met het zenuwstelsel, en weefselimplantaten die letsel of ziekte detecteren en erop reageren.
Om de elektrische activiteit van levende systemen te onderzoeken, hebben wetenschappers eerder platte, flexibele apparaten ontwikkeld die zich langs de buitenkant van een orgaan uitstrekken, zoals de hart , brein , of huid (zie Rekbare elektronica maken). Maar deze materialen bewaken alleen elektrische activiteit aan het oppervlak van een weefsel.
De nieuwe steiger is gemaakt door een team van onderzoekers, waaronder Bozhi Tian, een lid van 2012 van Technology Review's TR35 (zien 35 Innovators onder de 35: Bozhi Tian ); scheikundige Charles Lieber van de universiteit van Harvard; Daniel Kohane, directeur van het Laboratory for Biomaterials and Drug Delivery in het Boston Children's Hospital; en Robert Langer, een chemisch ingenieur en instituutsprofessor aan het MIT. De groep wilde een driedimensionale steiger ontwerpen die elektronica rechtstreeks in levende weefsels integreert.
De nano-elektronische steigers waren gemaakt van een dun gaas van metalen nanodraden, recht of geknikt, bezaaid met kleine transistors die elektrische activiteit detecteren. De onderzoekers vouwden of rolden het gaas tot een driedimensionale structuur om respectievelijk een stukje weefsel of een bloedvat te simuleren. Het resultaat is een steiger die zowel poreus als flexibel is - geen gemakkelijke opgave voor elektronica. Deze steigers zijn mechanisch de zachtste elektronische materialen die ooit zijn gemaakt, zegt Lieber.
De steiger werd vervolgens bezaaid met cellen of samengevoegd met conventionele biomaterialen, zoals collageen, tot hybride steigers. Het laat materiaaltechnisch zien dat je deze elektronische netwerken met vrijwel alles kunt combineren, vult Lieber aan.
Om de detectiemogelijkheden van het construct te testen, voerde het team experimenten uit met levende cellen. Ze groeiden neuronen in de steiger en volgden vervolgens met succes de schietactiviteit van de cellen als reactie op prikkelende neurotransmitters; ze zagen hartcellen aan de ene kant van het weefsel op een subtiel andere manier kloppen dan cellen aan de andere kant; en ze volgden pH-veranderingen aan de binnen- en buitenkant van een vereenvoudigd bloedvat, gemaakt van opgerolde constructie en gladde spiercellen.
Lieber zegt dat tal van farmaceutische bedrijven al interesse hebben getoond in de steigers om de medicijnreacties in verschillende weefsels te volgen. Dat is de meest nabije toepassing, zegt hij, maar niet het uiteindelijke doel. Op een dag zou Lieber weefseltransplantaten willen ontwikkelen die hun functie aan artsen kunnen rapporteren en indien nodig onmiddellijke feedback aan een weefsel kunnen geven, zoals het vrijgeven van een medicijn in de huid of longen. We hebben de mogelijkheid om elektronica samen te voegen met cellulaire systemen, zegt hij.