Stel jou 'n toekoms voor waar jou dokter 'n jel in jou weefsel kan spuit en die jel 'n sagte stroomgeleidende elektrode vorm. Dit kan dan gebruik word om jou senuweestelsel siekte te behandel. Na 'n rukkie het die elektrode opgelos en verdwyn. Sweedse navorsers het reeds die jel ontwikkel en mettertyd wil hulle elektronika aan biologiese weefsel – soos die brein – kan koppel.
Die geleidingsvermoë van die inspuitbare gel word op 'n mikrovervaardigde stroombaan getoets. Beeldkrediet: Thor Balkhed/Linköping Universiteit
Elektroniese medisyne is 'n navorsingsveld wat nie netjies in 'n bestaande veld inpas nie.
“Op die oomblik praat jy met 'n fisikus, 'n chemikus en ek, wat 'n agtergrond in biomedisyne het. Ons werk saam met materiaalwetenskaplikes en elektriese ingenieurs om die kennis uit ons verskillende velde te integreer. Vir dit om te werk, moet jy die brein verstaan en jy moet chemie en fisika verstaan,” sê Hanne Biesmans, PhD-student aan die Laboratorium vir Organiese Elektronika, LOE, by Linköping Universiteit.
Die navorsing waarna sy verwys, handel oor sogenaamde organiese elektronika wat met lewende weefsel verbind kan word. Die langtermyndoelwit is om verskeie senuweestelsel- en breinsiektes te kan behandel. Haar kollega Tobias Abrahamsson is 'n chemikus.
“Die interdissiplinêre aard van ons navorsing, waar ons verskillende aspekte en kennisvelde kombineer, is baie opwindend. Jy kan ook sê ek het ’n meer persoonlike motivering, aangesien daar in my familie siektes is wat die senuweestelsel aantas,” sê hy.
Vertaal tussen biologie en elektronika
Maar wat is organiese elektronika? En hoe kan dit gebruik word om siektes – soos epilepsie, depressie of Alzheimer’s en Parkinson’s – wat deesdae moeilik is om te behandel, te behandel?
“In die liggaam vind kommunikasie plaas deur baie klein molekules, soos neuro-oordragstowwe en ione. Neurale sein is byvoorbeeld ook 'n golf van ione wat aanleiding gee tot 'n elektriese impuls. Ons wil dus iets hê wat al daardie inligting kan neem en as 'n vertaler tussen ione en elektrone kan optree,” sê Xenofon Strakosas, assistent-professor met 'n agtergrond in fisika.
In 2023 het hulle daarin geslaag om, saam met ander navorsers aan die Linköping Universiteit, Lund Universiteit en die Universiteit van Göteborg, gelelektrodes in lewende weefsel te kweek.
“In plaas daarvan om metale en ander anorganiese materiale te gebruik om stroom te gelei, kan elektronika geskep word met behulp van verskillende materiale gebaseer op koolstof- en waterstofatome – met ander woorde, organiese materiale – wat geleidend is. Dit is meer versoenbaar met biologiese weefsels en dus beter geskik om met byvoorbeeld die liggaam te integreer,” sê Tobias Abrahamsson.
Die organiese elektroniese materiale is baie nuttig om biologiese seine te gelei, aangesien dit ione sowel as elektrone kan gelei. Hulle is ook sag, anders as metale.
Elektriese breinstimulasie word reeds gebruik om sommige siektes te behandel. Elektrodes word in die brein ingeplant, byvoorbeeld om Parkinson se siekte te behandel.
“Maar die inplantings wat vandag klinies gebruik word, is redelik rudimentêr; hulle is gebaseer op harde of rigiede materiale soos metale. En ons liggaam is sag. Daar is dus wrywing, wat kan lei tot inflammasie en die vorming van littekenweefsel. Ons materiale is sagter en meer versoenbaar met die liggaam,” sê Hanne Biesmans.
Elektrodes binne plante
Reeds sowat tien jaar gelede het hul kollegas by LOE gewys dat hulle plante 'n wateroplosbare stof kan laat opsuig, wat binne die stam van die plant 'n struktuur gevorm het wat elektrisiteit gelei. 'n Soort elektrode, met ander woorde, binne 'n plant.
Die stof ter sprake is 'n sogenaamde polimeer – 'n stof wat uit baie klein soortgelyke eenhede bestaan wat saam lang kettings kan vorm deur 'n proses wat polimerisasie genoem word. Daardie tyd is rose gebruik en die navorsers kon wys dat hulle organiese elektrodes geskep het. Dit het die deur oopgemaak vir 'n nuwe navorsingsveld.
“Maar 'n stuk het ontbreek. Ons het nie geweet hoe om die polimere byvoorbeeld binne soogdiere en in die brein te laat vorm nie. Maar toe besef ons ons kan ensieme in die jel hê en die liggaam se eie stowwe gebruik om polimerisasie te begin,” sê Xenofon Strakosas.
Die idee het daartoe gelei dat die navorsers nou die effens viskose gel-agtige oplossing in die weefsel kon spuit. Wanneer dit in aanraking kom met die liggaam se eie stowwe, soos glukose, verander die eienskappe van die jel. En die Sweedse navorsers was die eerste ter wêreld wat suksesvol was met die metode wat gebruik word om die vorming van elektrodes in die weefsel te aktiveer.
“Die jel self-polimeriseer in die weefsel en word elektries geleidend. Ons laat biologie dit vir ons doen,” sê Xenofon Strakosas.
Dit bly ook op die plek waar dit ingespuit is. Dit is belangrik omdat die navorsers wil kan beheer waar in die weefsel die jel is. Die navorsingspan het getoon dat hulle op hierdie manier elektrodes in die brein van sebravis en om die senuweestelsel van bloedsuiers kan laat groei. Hulle ondersoek nou of dit ook by muise werk.
Maar daar is 'n lang pad om te gaan voordat die behandeling van siektes met die jel 'n werklikheid word. Eerstens sal die navorsingspan ondersoek hoe stabiel die jel binne die weefsel is. Breek dit na 'n rukkie af en wat gebeur dan? Nog 'n belangrike vraag is hoe die geleidende gel aan elektronika buite die liggaam verbind kan word.
“Dit is nie die maklikste ding om te doen nie, maar ek hoop dat die metode mettertyd gebruik kan word om te monitor wat binne die liggaam gebeur, tot op sellulêre vlak. Dan kan ons dalk meer verstaan oor wat snellers of lei tot verskillende siektes in die senuweestelsel,” sê Tobias Abrahamsson.
“Daar is baie oor om op te los, maar ons maak vordering,” sê Xenofon Strakosas. Dit sal wonderlik wees as ons uiteindelik die elektrodes kan gebruik om seine in die liggaam te lees en dit vir navorsing of in gesondheidsorg te gebruik.”
Geskryf deur Karin Söderlund Leifler
Bron: Linköping Universiteit
