Laboratorija prof. Boži Tijana je godinama učila kako da integriše svet elektronike – krutu, metalnu, glomaznu – sa svetom tela – mekom, fleksibilnom, delikatnom. U svom najnovijem radu, stvorili su prototip za ono što nazivaju „živa bioelektronika“: kombinacija živih ćelija, gela i elektronike koja se može integrisati sa živim tkivom.
Njihova studija objavljena je 30. maja u časopisu Nauka.
Flasteri su napravljeni od senzora, bakterijskih ćelija i gela napravljenog od skroba i želatina. Testovi na miševima su otkrili da uređaji mogu kontinuirano da prate i poboljšavaju simptome slične psorijazi, bez iritacije kože.
„Ovo je most od tradicionalne bioelektronike, koji uključuje žive ćelije kao deo terapije“, rekao je Jiuiun Shi, koautor rada i bivši dr. student u Tianovoj laboratoriji (sada na Univerzitetu Stanford).
„Veoma smo uzbuđeni jer je nastajala decenija i po“, rekao je Tian.
Istraživači se nadaju da se principi mogu primeniti i na druge delove tela, kao što su kardiološka ili neuronska stimulacija.
Uparivanje elektronike sa ljudskim telom oduvek je bilo teško. Iako su uređaji poput pejsmejkera poboljšali bezbroj života, oni imaju svoje nedostatke; elektronika je glomazna i kruta i može izazvati iritaciju.
Ali Tianova laboratorija je specijalizovana za otkrivanje osnovnih principa koji stoje iza toga kako žive ćelije i tkivo u interakciji sa sintetičkim materijalima; njihov prethodni rad uključivao je mali pejsmejker koji se može kontrolisati laganim i jakim ali fleksibilnim materijalima koji bi mogli da budu osnova koštanih implantata.
U ovoj studiji su zauzeli novi pristup. Tipično, bioelektronika se sastoji od same elektronike, plus mekog sloja koji ih čini manje iritantnim za telo.
Ali Tianova grupa se pitala da li bi mogli da dodaju nove mogućnosti integracijom treće komponente: samih živih ćelija. Grupa je bila zaintrigirana lekovitim svojstvima određenih bakterija kao što je S. epidermidis, mikrob koji prirodno živi na ljudskoj koži i pokazalo se da smanjuje upalu.
Napravili su uređaj sa tri komponente. Okvir je tanko, fleksibilno elektronsko kolo sa senzorima. Prekriven je gelom napravljenim od skroba tapioke i želatina, koji je ultra mekan i oponaša sastav samog tkiva. Na kraju, mikrobi S. epidermidis se stavljaju u gel.
Kada se uređaj stavi na kožu, bakterije luče jedinjenja koja smanjuju upalu, a senzor nadgleda kožu za signale poput temperature i vlažnosti kože.
U testovima sa miševima sklonim kožnim stanjima sličnim psorijazi, došlo je do značajnog smanjenja simptoma.
Njihovi početni testovi trajali su nedelju dana, ali istraživači se nadaju da bi sistem – koji nazivaju platformom ABLE, za aktivnu biointegrisanu živu elektroniku – mogao da se koristi pola godine ili više. Da bi tretman bio praktičniji, rekli su, uređaj se može osušiti zamrzavanjem za skladištenje i lako rehidrirati kada je to potrebno.
Pošto isceljujuće efekte pružaju mikrobi, „To je kao živa droga – ne morate da je dopunjujete“, rekao je Saehiun Kim, drugi koautor rada i aktuelni dr. student u Tianovoj laboratoriji.
Pored lečenja psorijaze, naučnici mogu da predvide aplikacije kao što su flasteri za ubrzavanje zarastanja rana kod pacijenata sa dijabetesom.
Takođe se nadaju da će proširiti pristup na druge tipove tkiva i tipove ćelija. „Na primer, da li biste mogli da napravite uređaj za proizvodnju insulina ili uređaj koji se povezuje sa neuronima?“ rekao je Tian. „Postoji mnogo potencijalnih aplikacija.“
Tian je rekao da je to cilj koji gaji još od vremena kada je bio postdoktorski istraživač pre skoro 15 godina, kada je prvi put počeo da eksperimentiše sa „kiborg tkivima“.
„Od tada smo naučili toliko o fundamentalnim pitanjima, kao što su kako ćelije komuniciraju sa materijalima i hemijom i fizikom hidrogelova, što nam omogućava da napravimo ovaj skok“, rekao je on. „Vidjeti kako to postaje stvarnost bilo je divno.“
„Moja strast je oduvek bila da pomeram granice onoga što je moguće u nauci“, rekao je Ši. „Nadam se da bi naš rad mogao da inspiriše sledeću generaciju elektronskih dizajna.“
Istraživači su koristili postrojenje za karakterizaciju meke materije i Pritzkerovo nanofabrikaciono postrojenje na Univerzitetu u Čikagu. Oni takođe rade sa Polski Centrom za preduzetništvo i inovacije na komercijalizaciji tehnologije.
