Nowatorskie podejście do integracji elektroniki z komórkami biologicznymi

Naukowcy z Uniwersytetu w Linköping osiągnęli sukces w stworzeniu bliskiego połączenia między pojedynczymi komórkami a elektroniką organiczną. Badanie, opublikowane w czasopiśmie Science Advances, kładzie fundamenty pod przyszłe terapie neurologiczne i inne choroby, z niezwykle wysoką precyzją.

„Mogliśmy celować w pojedyncze komórki i badać, jak to wpływa na ich zdolność do pozostawania zdrowymi i funkcjonalnymi” – mówi Chiara Musumeci, badaczka z Laboratorium Elektroniki Organicznej (LOE) na Uniwersytecie w Linköping.

Mózg kontrolowany jest przez sygnały elektryczne, które są przekształcane w substancje chemiczne w procesie komunikacji między komórkami mózgowymi. Od dawna wiadomo, że różne części mózgu można stymulować za pomocą elektryczności. Jednak metody te często są mało precyzyjne i wpływają na duże obszary mózgu. Czasami konieczne jest użycie metalowych elektrod, aby dotrzeć do odpowiedniej części mózgu, co niesie ryzyko uszkodzenia tkanek mózgowych, powodując zapalenia lub blizny.

Rozwiązaniem problemu leczenia konkretnych części mózgu mogą być przewodzące tworzywa sztuczne, znane również jako polimery.

„Celem jest połączenie systemów biologicznych z elektrodami, w szczególności przy użyciu organicznych przewodzących polimerów. Ponieważ polimery są miękkie, elastyczne i mogą przewodzić zarówno prąd elektryczny, jak i jony, są preferowane w stosunku do tradycyjnych elektrod” – wyjaśnia Chiara Musumeci.

Wspólnie z naukowcami z Instytutu Karolinska zespół badawczy z kampusu w Norrköping zdołał zakotwiczyć przewodzący polimer na błonach pojedynczych żywych komórek. Otwiera to drogę do przyszłych precyzyjnych terapii chorób neurologicznych.

„Na ten moment nasze wyniki są dość ogólne, co jest korzystne, ponieważ przyszłe badania mogą badać, dla jakich chorób to narzędzie będzie odpowiednie. Jednak potrzebne są dalsze badania, zanim będziemy mogli cokolwiek stwierdzić z całą pewnością” – mówi Alex Bersellini Farinotti, badacz z Instytutu Karolinska.

Dotychczasowe próby zakotwiczenia elektroniki organicznej na powierzchni komórek były podejmowane z wykorzystaniem genetycznie zmodyfikowanych komórek, które sprawiały, że błony były bardziej podatne na przyłączanie. W obecnym badaniu naukowcy nie użyli genetycznie zmodyfikowanych komórek, a mimo to osiągnęli ścisłe połączenie, nie wpływając na inne funkcje komórki. To pierwszy taki przypadek.

Aby tego dokonać, badacze zastosowali dwuetapowy proces, w którym najpierw wykorzystano molekułę kotwiczącą do stworzenia punktu zaczepienia w błonie komórkowej. Na drugim końcu molekuły znajduje się struktura, do której może przyłączyć się sama elektroda polimerowa.

Kolejnym krokiem w badaniach będzie uzyskanie bardziej równomiernego i stabilnego zakotwiczenia na powierzchni błony oraz zbadanie, jak zachowuje się połączenie polimerowe w dłuższym okresie czasu. Doktorantka z LOE, Hanne Biesmans, uważa, że projekt ma ogromny potencjał, ale również wiele wyzwań do pokonania.

„Zrobiliśmy teraz duży krok naprzód. Jednak nie możemy z całą pewnością stwierdzić, że to zadziała w żywych tkankach. To badania podstawowe, w których obecnie staramy się wyznaczyć dalszy kierunek” – podsumowuje.