Forestil dig en fremtid, hvor din læge kan sprøjte en gel ind i dit væv, og gelen danner en blød strømledende elektrode. Dette kan derefter bruges til at behandle din nervesystemsygdom. Efter et stykke tid er elektroden opløst og forsvundet. Svenske forskere har allerede udviklet gelen, og med tiden vil de gerne kunne forbinde elektronik med biologisk væv – såsom hjernen.
Konduktiviteten af den injicerbare gel testes på et mikrofremstillet kredsløb. Billedkredit: Thor Balkhed/Linköping Universitet
Elektronisk medicin er et forskningsfelt, der ikke passer pænt ind i et eksisterende felt.
”Lige nu taler du med en fysiker, en kemiker og mig, som har en baggrund i biomedicin. Vi arbejder sammen med materialeforskere og elektroingeniører for at integrere viden fra vores forskellige områder. For at det skal virke, skal du forstå hjernen, og du skal forstå kemi og fysik,” siger Hanne Biesmans, ph.d.-studerende ved Laboratory of Organic Electronics, LOE, ved Linköpings Universitet.
Den forskning, hun henviser til, handler om såkaldt organisk elektronik, der kan forbindes med levende væv. Det langsigtede mål er at kunne behandle forskellige nervesystem- og hjernesygdomme. Hendes kollega Tobias Abrahamsson er kemiker.
”Den tværfaglige karakter af vores forskning, hvor vi kombinerer forskellige aspekter og vidensfelter, er meget spændende. Man kan også sige, at jeg har en mere personlig motivation, da der i min familie er sygdomme, der påvirker nervesystemet,” siger han.
Oversætter mellem biologi og elektronik
Men hvad er organisk elektronik? Og hvordan kunne det bruges til at behandle sygdomme – såsom epilepsi, depression eller Alzheimers og Parkinsons – som er svære at behandle i dag?
”I kroppen foregår kommunikationen gennem masser af små molekyler, såsom neurotransmittere og ioner. Neural signalering er for eksempel også en bølge af ioner, der giver anledning til en elektrisk impuls. Så vi vil have noget, der kan tage al den information og fungere som en oversætter mellem ioner og elektroner,” siger Xenofon Strakosas, adjunkt med en baggrund i fysik.
I 2023 lykkedes det dem sammen med andre forskere ved Linköpings Universitet, Lunds Universitet og Göteborgs Universitet at dyrke gelelektroder i levende væv.
»I stedet for at bruge metaller og andre uorganiske materialer til at lede strøm, kan elektronik skabes ved hjælp af forskellige materialer baseret på kulstof- og brintatomer – med andre ord organiske materialer – som er ledende. Disse er mere kompatible med biologiske væv og er derfor bedre egnede til at integrere med for eksempel kroppen,” siger Tobias Abrahamsson.
De organiske elektroniske materialer er meget anvendelige til at lede biologiske signaler, da de kan lede ioner såvel som elektroner. De er også bløde i modsætning til metaller.
Elektrisk hjernestimulering bruges allerede til at behandle nogle sygdomme. Elektroder implanteres i hjernen, for eksempel til behandling af Parkinsons sygdom.
”Men de implantater, der bruges klinisk i dag, er ret rudimentære; de er baseret på hårde eller stive materialer såsom metaller. Og vores krop er blød. Så der er friktion, som kan føre til betændelse og dannelse af arvæv. Vores materialer er blødere og mere kompatible med kroppen,” siger Hanne Biesmans.
Elektroder inde i planter
Allerede for omkring ti år siden viste deres kolleger hos LOE, at de kunne få planter til at suge et vandopløseligt stof op, som inde i plantens stilk dannede en struktur, der leder elektricitet. En slags elektrode, med andre ord inde i en plante.
Det pågældende stof er en såkaldt polymer – et stof, der består af mange små ensartede enheder, der tilsammen kan danne lange kæder gennem en proces, der kaldes polymerisation. Den gang brugte man roser, og forskerne kunne vise, at de havde skabt organiske elektroder. Dette åbnede døren til et nyt forskningsfelt.
"Men der manglede en brik. Vi vidste ikke, hvordan man fik polymererne til at dannes inde i pattedyr og i hjernen, for eksempel. Men så gik det op for os, at vi kunne have enzymer i gelen og bruge kroppens egne stoffer til at starte polymeriseringen,” siger Xenofon Strakosas.
Idéen førte til, at forskerne nu kunne sprøjte den mildt tyktflydende gel-lignende opløsning ind i vævet. Når den kommer i kontakt med kroppens egne stoffer, såsom glukose, ændres gelens egenskaber. Og de svenske forskere var de første i verden, der fik succes med den metode, der blev brugt til at aktivere dannelsen af elektroder i vævet.
"Gelen selvpolymeriserer i vævet og bliver elektrisk ledende. Vi lader biologien gøre det for os,” siger Xenofon Strakosas.
Det forbliver også på det sted, hvor det blev injiceret. Det er vigtigt, fordi forskerne ønsker at kunne kontrollere, hvor i vævet gelen befinder sig. Forskerholdet har vist, at de på denne måde kan dyrke elektroder i hjernen på zebrafisk og omkring iglernes nervesystem. De undersøger nu, om det også virker hos mus.
Men der er lang vej igen, før behandling af sygdomme med gelen bliver en realitet. Først vil forskerholdet undersøge, hvor stabil gelen er inde i vævet. Går det i stykker efter et stykke tid og hvad sker der så? Et andet vigtigt spørgsmål er, hvordan den ledende gel kan forbindes med elektronik uden for kroppen.
”Det er ikke det nemmeste at gøre, men jeg håber, at metoden med tiden kan bruges til at overvåge, hvad der sker inde i kroppen, helt ned på celleniveau. Så kan vi måske forstå mere om, hvad der udløser eller fører til forskellige sygdomme i nervesystemet,” siger Tobias Abrahamsson.
"Der er meget tilbage at løse, men vi gør fremskridt," siger Xenofon Strakosas. Det ville være fantastisk, hvis vi i sidste ende kunne bruge elektroderne til at læse signaler inde i kroppen og bruge dem til forskning eller i sundhedsvæsenet."
Skrevet af Karin Söderlund Leifler
Kilde: Linköpings Universitet
