تخيل المستقبل حيث يمكن لطبيبك حقن مادة هلامية في أنسجتك ويشكل الجل قطبًا كهربائيًا ناعمًا يوصل التيار. ويمكن بعد ذلك استخدام هذا لعلاج مرض الجهاز العصبي. وبعد فترة من الوقت، ذاب القطب واختفى. لقد طور الباحثون السويديون بالفعل الجل، ويريدون بمرور الوقت أن يتمكنوا من ربط الإلكترونيات بالأنسجة البيولوجية، مثل الدماغ.
يتم اختبار موصلية الجل القابل للحقن على دائرة مصنعة بشكل دقيق. حقوق الصورة: ثور بالخد/جامعة لينشوبينغ
الطب الإلكتروني هو مجال بحثي لا يتناسب تمامًا مع المجال الحالي.
"أنت الآن تتحدث إلى فيزيائي، وكيميائي، وأنا، الذي لديه خلفية في الطب الحيوي. نحن نعمل جنبًا إلى جنب مع علماء المواد ومهندسي الكهرباء لدمج المعرفة من مجالاتنا المختلفة. تقول هان بيزمانز، طالبة الدكتوراه في مختبر الإلكترونيات العضوية، LOE، في جامعة لينشوبينغ: "لكي ينجح هذا، عليك أن تفهم الدماغ وتحتاج إلى فهم الكيمياء والفيزياء".
يدور البحث الذي تشير إليه حول ما يسمى بالإلكترونيات العضوية التي يمكن توصيلها بالأنسجة الحية. الهدف على المدى الطويل هو أن تكون قادرًا على علاج أمراض الجهاز العصبي والدماغ المختلفة. زميلها توبياس أبراهامسون كيميائي.
"إن الطبيعة المتعددة التخصصات لأبحاثنا، حيث نجمع بين جوانب ومجالات المعرفة المختلفة، أمر مثير للغاية. يمكنك أيضًا القول إن لدي دافعًا شخصيًا أكثر، حيث يوجد في عائلتي أمراض تؤثر على الجهاز العصبي.
يترجم بين علم الأحياء والإلكترونيات
ولكن ما هي الإلكترونيات العضوية؟ وكيف يمكن استخدامه لعلاج أمراض يصعب علاجها في الوقت الحاضر، مثل الصرع أو الاكتئاب أو الزهايمر ومرض باركنسون؟
"في الجسم، يتم التواصل من خلال الكثير من الجزيئات الصغيرة، مثل الناقلات العصبية والأيونات. الإشارات العصبية هي على سبيل المثال أيضًا موجة من الأيونات التي تؤدي إلى نبض كهربائي. يقول زينوفون ستراكوساس، الأستاذ المساعد ذو الخلفية في الفيزياء: "نريد شيئًا يمكنه أخذ كل هذه المعلومات والعمل كمترجم بين الأيونات والإلكترونات".
وفي عام 2023 تمكنوا، بالتعاون مع باحثين آخرين في جامعة لينكوبنج، وجامعة لوند، وجامعة جوتنبرج، من زراعة أقطاب هلامية في الأنسجة الحية.
"بدلاً من استخدام المعادن والمواد غير العضوية الأخرى لتوصيل التيار، يمكن إنشاء الإلكترونيات باستخدام مواد مختلفة تعتمد على ذرات الكربون والهيدروجين - وبعبارة أخرى، المواد العضوية - التي تكون موصلة للكهرباء. يقول توبياس أبراهامسون: "إنها أكثر توافقًا مع الأنسجة البيولوجية وبالتالي فهي أكثر ملاءمة للتكامل مع الجسم على سبيل المثال".
تعتبر المواد الإلكترونية العضوية مفيدة جدًا لتوصيل الإشارات البيولوجية، حيث يمكنها توصيل الأيونات وكذلك الإلكترونات. كما أنها ناعمة على عكس المعادن.
ويستخدم بالفعل تحفيز الدماغ الكهربائي لعلاج بعض الأمراض. يتم زرع الأقطاب الكهربائية في الدماغ، على سبيل المثال لعلاج مرض باركنسون.
«لكن الغرسات المستخدمة سريريًا اليوم بدائية للغاية؛ أنها تعتمد على مواد صلبة أو صلبة مثل المعادن. وجسمنا ناعم. لذلك هناك احتكاك قد يؤدي إلى التهاب وتكوين أنسجة ندبية. تقول هان بيزمانز: "موادنا أكثر نعومة وأكثر توافقًا مع الجسم".
الأقطاب الكهربائية داخل النباتات
منذ حوالي عشر سنوات، أظهر زملاؤهم في LOE أنهم يستطيعون جعل النباتات تمتص مادة قابلة للذوبان في الماء، والتي تشكل داخل جذع النبات هيكلًا يوصل الكهرباء. نوع من القطب، بمعنى آخر، موجود داخل النبات.
المادة المعنية هي ما يسمى بالبوليمر، وهي مادة تتكون من العديد من الوحدات الصغيرة المتشابهة التي يمكن أن تشكل معًا سلاسل طويلة من خلال عملية تسمى البلمرة. في ذلك الوقت، تم استخدام الورود وتمكن الباحثون من إثبات أنهم صنعوا أقطابًا كهربائية عضوية. وهذا فتح الباب أمام مجال جديد للبحث.
"لكن قطعة كانت مفقودة. لم نكن نعرف كيفية جعل البوليمرات تتشكل داخل الثدييات وفي الدماغ، على سبيل المثال. يقول زينوفون ستراكوساس: "لكننا أدركنا بعد ذلك أنه يمكننا الحصول على إنزيمات في الجل واستخدام المواد الموجودة في الجسم لبدء عملية البلمرة".
أدت هذه الفكرة إلى أن يتمكن الباحثون الآن من حقن المحلول الشبيه بالهلام اللزج إلى حد ما في الأنسجة. عندما يتلامس مع مواد الجسم نفسها، مثل الجلوكوز، تتغير خصائص الجل. وكان الباحثون السويديون هم الأوائل في العالم الذين نجحوا في الطريقة المستخدمة لتنشيط تكوين الأقطاب الكهربائية في الأنسجة.
"يتبلمر الهلام ذاتيًا في الأنسجة ويصبح موصلاً للكهرباء. يقول زينوفون ستراكوساس: "لقد تركنا علم الأحياء يقوم بذلك نيابةً عنا".
كما أنه يبقى في المكان الذي تم حقنه فيه. وهذا أمر مهم لأن الباحثين يريدون أن يكونوا قادرين على التحكم في مكان وجود الجل في الأنسجة. أظهر فريق البحث أنه يمكنهم زراعة أقطاب كهربائية في دماغ سمك الزرد وحول الجهاز العصبي للعلقات بهذه الطريقة. وهم يحققون الآن فيما إذا كان يعمل أيضًا على الفئران.
ولكن لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه قبل أن يصبح علاج الأمراض بالهلام حقيقة. أولاً، سوف يستكشف فريق البحث مدى ثبات الجل داخل الأنسجة. هل ينهار بعد فترة وماذا يحدث بعد ذلك؟ والسؤال المهم الآخر هو كيف يمكن توصيل الجل الموصل بالإلكترونيات خارج الجسم.
"إنه ليس بالأمر الأسهل، ولكنني آمل أنه بمرور الوقت يمكن استخدام هذه الطريقة لمراقبة ما يحدث داخل الجسم، وصولاً إلى المستوى الخلوي. يقول توبياس أبراهامسون: «ربما نتمكن بعد ذلك من فهم المزيد حول ما يثير أو يؤدي إلى أمراض مختلفة في الجهاز العصبي».
يقول زينوفون ستراكوساس: "لا يزال هناك الكثير من الأمور التي يتعين علينا حلها، ولكننا نحرز تقدمًا". سيكون أمرًا رائعًا إذا تمكنا في النهاية من استخدام الأقطاب الكهربائية لقراءة الإشارات داخل الجسم واستخدامها في الأبحاث أو في الرعاية الصحية.
بقلم كارين سودرلوند ليفلر
المصدر جامعة لينشوبينج
