Ученые создают «живую биоэлектронику», которая может чувствовать и лечить кожу
В течение многих лет лаборатория профессора Божи Тиана изучала, как объединить мир электроники – жесткий, металлический, громоздкий – с миром тела – мягкого, гибкого, нежного. В своей последней работе они создали прототип того, что они называют «живой биоэлектроникой»: сочетание живых клеток, геля и электроники, способное интегрироваться с живой тканью. Их исследование было опубликовано в журнале Science.
Пластыри состоят из сенсоров, бактериальных клеток и геля из крахмала и желатина. Испытания на мышах показали, что устройства могут непрерывно отслеживать и улучшать симптомы, подобные псориазу, не раздражая кожу.
«Это мост от традиционной биоэлектроники, которая включает в себя живые клетки как часть терапии», — сказал соавтор исследования Цзиюнь Ши.
«Мы очень воодушевлены, потому что на создание проекта ушло полтора десятилетия», — сказал Тиан.
Исследователи надеются, что эти принципы можно применить и к другим частям тела, например, при кардиологической или нервной стимуляции.
Сопряжение электроники с человеческим телом всегда было трудным. Хотя такие устройства, как кардиостимуляторы, улучшили жизнь бесчисленному количеству людей, у них есть свои недостатки; электроника имеет тенденцию быть громоздкой и жесткой и может вызывать раздражение.
Но лаборатория Тиана специализируется на раскрытии фундаментальных принципов взаимодействия живых клеток и тканей с синтетическими материалами; их предыдущая работа включала крошечный кардиостимулятор, которым можно управлять с помощью легких и прочных, но гибких материалов, которые могли бы лечь в основу костных имплантатов.
В этом исследовании они применили новый подход. Обычно биоэлектроника состоит из самой электроники плюс мягкого слоя, делающего ее менее раздражающей для организма.
Но группа Тиана задавалась вопросом, смогут ли они добавить новые возможности, интегрировав третий компонент: сами живые клетки. Группа была заинтригована целебными свойствами некоторых бактерий, таких как S. epidermidis, микроба, который естественным образом живет на коже человека и, как было доказано, уменьшает воспаление.
Они создали устройство из трех компонентов. Каркас представляет собой тонкую гибкую электронную схему с датчиками. На него нанесен ультрамягкий гель, созданный из крахмала тапиоки и желатина, который имитирует структуру самой ткани. Наконец, в гель помещаются микробы S. epidermidis.
Когда устройство помещается на кожу, бактерии выделяют соединения, которые уменьшают воспаление, а датчик контролирует кожу на предмет таких сигналов, как температура и влажность кожи.
В тестах на мышах, склонных к кожным заболеваниям, подобным псориазу, наблюдалось значительное уменьшение симптомов.
Их первоначальные испытания продолжались неделю, но исследователи надеются, что систему, которую они называют платформой ABLE (активная биоинтегрированная живая электроника), можно будет использовать в течение полугода или более. По их словам, чтобы сделать лечение более удобным, устройство можно лиофилизировать для хранения и легко регидратировать при необходимости.
Поскольку лечебный эффект обеспечивают микробы, «это похоже на живой препарат — вам не нужно его пополнять», — сказал Сэхён Ким, другой соавтор статьи и действующий доктор философии. студент в лаборатории Тиана.
Помимо лечения псориаза, ученые могут предусмотреть применение пластырей для ускорения заживления ран у пациентов с диабетом.
Они также надеются распространить этот подход на другие типы тканей и клеток. «Например, можете ли вы создать устройство, производящее инсулин, или устройство, взаимодействующее с нейронами?» - сказал Тиан. «Есть много потенциальных применений».
Тиан сказал, что эту цель он преследовал с тех пор, как почти 15 лет назад работал постдокторантом, когда он впервые начал экспериментировать с «тканями киборга».
«С тех пор мы так много узнали о фундаментальных вопросах, таких как то, как клетки взаимодействуют с материалами, а также о химии и физике гидрогелей, что позволяет нам совершить этот скачок», — сказал он. «Было чудесно увидеть, как это стало реальностью».
«Моей страстью всегда было расширять границы возможного в науке», — сказал Ши. «Я надеюсь, что наша работа сможет вдохновить новое поколение электронных разработок».
Обсудим?
Смотрите также:
