Достижения современной науки

Интеграция био и техно или переход от людей к киборгам и андроидам уже не за горами

Исследователи из Линчёпингского, Лундского и Гетеборгского университетов в Швеции успешно вырастили электроды на основе геля в живой ткани, используя молекулы тела в качестве триггеров. Введя гель, содержащий ферменты в качестве сборочных молекул, исследователи смогли сформировать электроды в тканях рыбок данио и медицинских пиявках.

Достижение, как предполагает команда, может привести к разработке методов создания полностью интегрированных электронных схем в живых организмах. ??«В течение нескольких десятилетий мы пытались создать электронику, имитирующую биологию, — сказал Магнус Берггрен, доктор философии из Лаборатории органической электроники LOE Университета Линчепинга. «Теперь мы позволяем биологии создавать для нас электронику».?

Команда сообщила о своей разработке в журнале Science в статье под названием « Индуцированное метаболитами производство in vivo органической биоэлектроники без субстрата».

Авторы предположили, что границы между биологией и технологиями стираются, и возможность связать электронику с биологической тканью будет важна для понимания сложных биологических функций, борьбы с болезнями мозга и разработки будущих интерфейсов между человеком и машиной.?? Однако обычная биоэлектроника, разрабатываемая параллельно с полупроводниковой промышленностью, имеет фиксированную и статичную конструкцию, которую трудно, если вообще возможно, совместить с живыми биологическими сигнальными системами. «Взаимодействие электроники с нервной тканью имеет решающее значение для понимания сложных биологических функций, но обычная биоэлектроника состоит из жестких электродов, принципиально несовместимых с живыми системами», — написала команда.

Чтобы преодолеть разрыв между биологией и технологией, Берггрен и его коллеги разработали метод создания мягких полимерных материалов без подложки, обладающих электронной проводимостью, в живых тканях. Многокомпонентная смесь основана на производном вещества, известного как ЭТЕ, и использует эндогенные метаболиты для запуска ферментативной полимеризации органических предшественников в геле для инъекций, «таким образом образуя проводящие полимерные гели с дальнодействующей проводимостью», — прокомментировали исследователи. «Гели, содержащие ферменты и малые электроактивные мономеры, вводились в биологическую ткань, а эндогенные метаболиты индуцировали полимеризацию мономеров. Это привело к созданию органических электронных гелей без необходимости использования жесткого и, следовательно, биологически и реологически несовместимого материала подложки».

Поскольку эндогенных молекул тела достаточно, чтобы инициировать формирование электродов, нет необходимости в генетической модификации или внешних сигналах, таких как свет или электрическая энергия, которые были необходимы в предыдущих экспериментах. «…метод полимеризации на основе эндогенных соединений не требует генетических манипуляций с клетками-мишенями или тканями, что делает его более легко применимым», — продолжили они. Шведские исследователи первыми в мире преуспели в этом.

Ксенофен Стракосас, доктор философии, исследователь из LOE и Университета Лунда, который является одним из ведущих авторов исследования, далее пояснил: «Контакт с веществами тела изменяет структуру геля и делает его электропроводным, чего не было до инъекции. . В зависимости от ткани мы также можем отрегулировать состав геля, чтобы запустить электрический процесс».

В своем исследовании исследователи также показывают, что этот метод можно использовать для нацеливания материала с электронной проводимостью на определенные биологические подструктуры и, таким образом, создания подходящих интерфейсов для стимуляции нервов.

С помощью экспериментов, проведенных в Лундском университете, команда успешно добилась образования электродов в мозге, сердце и хвостовых плавниках рыбок данио и вокруг нервной ткани медицинских пиявок. Введенный гель не причинил вреда животным, и в остальном формирование электрода не повлияло на них.

Одной из многих проблем, которые пришлось преодолеть команде, было обойти возможную реактивность иммунной системы у животных. «Внеся разумные изменения в химию, мы смогли разработать электроды, которые были приняты мозговой тканью и иммунной системой», — сказал соавтор Роджер Олссон с медицинского факультета Лундского университета, у которого также есть химическая лаборатория в Лундском университете. Университет Гётеборга. «Рыбки данио — отличная модель для изучения органических электродов в мозге».

Профессор Роджер выступил с инициативой исследования, прочитав об электронной розе.разработан исследователями из Университета Линчепинга в 2015 году. Одной из проблем исследования и важным различием между растениями и животными была разница в клеточной структуре. В то время как растения имеют жесткие клеточные стенки, которые позволяют формировать электроды, клетки животных больше похожи на мягкую массу. Создание геля с достаточной структурой и правильной комбинацией веществ для формирования электродов в такой среде было задачей, на решение которой ушло много лет. Исследователи предполагают, что новая разработка будет «…применима к широкому кругу моделей тканей и животных… Этот подход может быть использован для нацеливания на определенные биологические субструктуры и подходит для стимуляции нервов, прокладывая путь для полностью интегрированных исследований in vivo. искусственная электроника внутри нервной системы».

Их исследование прокладывает путь к новой парадигме в биоэлектронике, где ранее для запуска электронных процессов в организме требовались имплантированные физические объекты, а в будущем будет достаточно инъекции вязкого геля. Ученые предположили, что в долгосрочной перспективе возможно изготовление полностью интегрированных электронных схем в живых организмах. «Этот подход может быть использован для нацеливания на определенные биологические подструктуры и подходит для стимуляции нервов, прокладывая путь к полностью интегрированной, изготовленной in vivo электронике в нервной системе», — заявила команда.

«Наши результаты открывают совершенно новый взгляд на биологию и электронику», — сказала Ханне Бисманс, аспирант LOE и один из ведущих авторов исследования. Нам еще предстоит решить ряд проблем, но это исследование является хорошей отправной точкой для будущих исследований».

Источник: vk.com

Комментарии: