წარმოიდგინეთ მომავალი, სადაც თქვენს ექიმს შეუძლია გელის შეყვანა ქსოვილში და გელი წარმოქმნის რბილ დენის გამტარ ელექტროდს. შემდეგ ეს შეიძლება გამოყენებულ იქნას თქვენი ნერვული სისტემის დაავადების სამკურნალოდ. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ელექტროდი დაიშალა და გაქრა. შვედმა მკვლევარებმა უკვე შეიმუშავეს გელი და დროთა განმავლობაში მათ სურთ ელექტრონიკის დაკავშირება ბიოლოგიურ ქსოვილებთან - როგორიცაა ტვინი.
საინექციო გელის გამტარობა შემოწმებულია მიკროფაბრიკატურ წრეზე. სურათის კრედიტი: Thor Balkhed/Linköping University
ელექტრონული მედიცინა არის კვლევის სფერო, რომელიც არ ჯდება არსებულ სფეროში.
„ამჟამად თქვენ ესაუბრებით ფიზიკოსს, ქიმიკოსს და მე, რომელსაც აქვს გამოცდილება ბიომედიცინაში. ჩვენ ვმუშაობთ მატერიალურ მეცნიერებთან და ელექტრო ინჟინრებთან ერთად, რათა გავაერთიანოთ ცოდნა ჩვენი სხვადასხვა სფეროდან. იმისთვის, რომ ამან იმუშაოს, თქვენ უნდა გესმოდეთ ტვინი და გესმოდეთ ქიმიისა და ფიზიკის,” - ამბობს ჰანე ბისმანსი, დოქტორანტი ორგანული ელექტრონიკის ლაბორატორიაში, LOE, ლინკოპინგ უნივერსიტეტში.
კვლევა, რომელსაც ის გულისხმობს, ეხება ეგრეთ წოდებულ ორგანულ ელექტრონიკას, რომელიც შეიძლება დაუკავშირდეს ცოცხალ ქსოვილს. გრძელვადიანი მიზანია ნერვული სისტემისა და ტვინის სხვადასხვა დაავადებების მკურნალობა. მისი კოლეგა ტობიას აბრაჰამსონი ქიმიკოსია.
„ჩვენი კვლევის ინტერდისციპლინარული ბუნება, სადაც ჩვენ ვაერთიანებთ ცოდნის სხვადასხვა ასპექტს და სფეროს, ძალიან ამაღელვებელია. შეიძლება ითქვას, რომ უფრო პირადი მოტივაცია მაქვს, რადგან ჩემს ოჯახში არის დაავადებები, რომლებიც ნერვულ სისტემას აზიანებს“, - ამბობს ის.
თარგმნის ბიოლოგიასა და ელექტრონიკას შორის
მაგრამ რა არის ორგანული ელექტრონიკა? და როგორ შეიძლება მისი გამოყენება ისეთი დაავადებების სამკურნალოდ, როგორიცაა ეპილეფსია, დეპრესია ან ალცჰეიმერი და პარკინსონი, რომელთა მკურნალობა დღესდღეობით რთულია?
„სხეულში კომუნიკაცია ხდება მრავალი მცირე მოლეკულის მეშვეობით, როგორიცაა ნეიროტრანსმიტერები და იონები. მაგალითად, ნერვული სიგნალიზაცია ასევე არის იონების ტალღა, რომელიც წარმოშობს ელექტრულ იმპულსს. ასე რომ, ჩვენ გვინდა რაღაც, რომელსაც შეუძლია მიიღოს მთელი ეს ინფორმაცია და იმოქმედოს როგორც მთარგმნელი იონებსა და ელექტრონებს შორის“, - ამბობს ქსენოფონ სტრაკოსასი, ასისტენტ-პროფესორი ფიზიკის სფეროში.
2023 წელს მათ მოახერხეს ლინკოპინგის უნივერსიტეტის, ლუნდის უნივერსიტეტისა და გოტენბურგის უნივერსიტეტის სხვა მკვლევარებთან ერთად გელის ელექტროდების გაზრდა ცოცხალ ქსოვილში.
„დინების გასატარებლად ლითონებისა და სხვა არაორგანული მასალების გამოყენების ნაცვლად, ელექტრონიკა შეიძლება შეიქმნას ნახშირბადისა და წყალბადის ატომებზე დაფუძნებული სხვადასხვა მასალის გამოყენებით - სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ორგანული მასალები - რომლებიც გამტარია. ისინი უფრო თავსებადია ბიოლოგიურ ქსოვილებთან და, შესაბამისად, უკეთესად შეეფერება, მაგალითად, სხეულთან ინტეგრაციას“, - ამბობს ტობიას აბრაჰამსონი.
ორგანული ელექტრონული მასალები ძალიან სასარგებლოა ბიოლოგიური სიგნალების გასატარებლად, რადგან მათ შეუძლიათ იონების და ელექტრონების გატარება. ასევე, ისინი რბილია, ლითონებისგან განსხვავებით.
ტვინის ელექტრო სტიმულაცია უკვე გამოიყენება ზოგიერთი დაავადების სამკურნალოდ. ელექტროდები იმპლანტირებულია ტვინში, მაგალითად პარკინსონის დაავადების სამკურნალოდ.
„მაგრამ დღეს კლინიკურად გამოყენებული იმპლანტანტები საკმაოდ რუდიმენტულია; ისინი დაფუძნებულია მყარ ან ხისტ მასალებზე, როგორიცაა ლითონები. და ჩვენი სხეული რბილია. ასე რომ, არსებობს ხახუნი, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ანთება და ნაწიბუროვანი ქსოვილის წარმოქმნა. ჩვენი მასალები უფრო რბილი და სხეულთან თავსებადია“, - ამბობს ჰანე ბისმანსი.
ელექტროდები მცენარეებში
ჯერ კიდევ ათი წლის წინ, მათმა კოლეგებმა LOE-ში აჩვენეს, რომ მათ შეეძლოთ მცენარეებისთვის წყალში ხსნადი ნივთიერების შეწოვა, რომელიც მცენარის ღეროს შიგნით ქმნიდა სტრუქტურას, რომელიც ატარებს ელექტროენერგიას. ერთგვარი ელექტროდი, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მცენარის შიგნით.
განსახილველი ნივთიერება არის ეგრეთ წოდებული პოლიმერი - ნივთიერება, რომელიც შედგება მრავალი პატარა მსგავსი ერთეულისგან, რომლებსაც ერთად შეუძლიათ შექმნან გრძელი ჯაჭვები პროცესის საშუალებით, რომელსაც ეწოდება პოლიმერიზაცია. იმ დროს ვარდები გამოიყენეს და მკვლევარებმა შეძლეს ეჩვენებინათ, რომ მათ შექმნეს ორგანული ელექტროდები. ამან გააღო კარი კვლევის ახალი სფეროსკენ.
”მაგრამ ერთი ნაჭერი აკლდა. ჩვენ არ ვიცოდით, როგორ გამოგვექმნა პოლიმერები ძუძუმწოვრების შიგნით და, მაგალითად, ტვინში. მაგრამ შემდეგ მივხვდით, რომ შეგვეძლო გელში გვქონდეს ფერმენტები და გამოვიყენოთ სხეულის საკუთარი ნივთიერებები პოლიმერიზაციის დასაწყებად“, - ამბობს ქსენოფონ სტრაკოსასი.
ამ იდეამ განაპირობა ის, რომ მკვლევარებმა ახლა შეძლეს ქსოვილში რბილად ბლანტი გელის მსგავსი ხსნარის შეყვანა. როდესაც ის შედის კონტაქტში სხეულის საკუთარ ნივთიერებებთან, როგორიცაა გლუკოზა, გელის თვისებები იცვლება. შვედი მკვლევარებმა კი მსოფლიოში პირველებმა მიაღწიეს წარმატებას ქსოვილში ელექტროდების წარმოქმნის გასააქტიურებლად გამოყენებული მეთოდით.
„გელი ქსოვილში თვითპოლიმერიზდება და ხდება ელექტროგამტარი. ჩვენ მივეცით ბიოლოგიას ამის გაკეთება ჩვენთვის“, - ამბობს ქსენოფონ სტრაკოსასი.
ასევე, ის რჩება იმ ადგილას, სადაც გაუკეთეს. ეს მნიშვნელოვანია, რადგან მკვლევარებს სურთ გააკონტროლონ, თუ სად მდებარეობს გელი ქსოვილში. მკვლევარმა გუნდმა აჩვენა, რომ ამ გზით მათ შეუძლიათ ელექტროდების გაშენება ზებრა თევზის ტვინში და ლეკვების ნერვული სისტემის გარშემო. ისინი ახლა იკვლევენ მოქმედებს თუ არა ის თაგვებზეც.
მაგრამ ჯერ კიდევ დიდი გზაა გასავლელი, სანამ გელით დაავადებების მკურნალობა რეალობად იქცევა. პირველი, კვლევითი ჯგუფი შეისწავლის რამდენად სტაბილურია გელი ქსოვილის შიგნით. ფუჭდება თუ არა ცოტა ხნის შემდეგ და რა ხდება მერე? კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი საკითხია, როგორ შეიძლება გამტარი გელი დაუკავშირდეს ელექტრონიკას სხეულის გარეთ.
„ეს არ არის ყველაზე მარტივი გასაკეთებელი, მაგრამ იმედი მაქვს, რომ დროთა განმავლობაში ეს მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხეულის შიგნით მომხდარი მოვლენების მონიტორინგისთვის, უჯრედულ დონეზე. ამის შემდეგ, შესაძლოა, უფრო მეტი გავიგოთ, თუ რა იწვევს ან იწვევს ნერვულ სისტემაში სხვადასხვა დაავადებებს“, - ამბობს ტობიას აბრაჰამსონი.
„გადასაჭრელი ბევრია დარჩენილი, მაგრამ ჩვენ პროგრესს ვაღწევთ“, - ამბობს ქსენოფონ სტრაკოსასი. გასაოცარი იქნება, თუ ჩვენ საბოლოოდ გამოვიყენებთ ელექტროდებს სხეულის შიგნით სიგნალების წასაკითხად და მათი კვლევისთვის ან ჯანდაცვის სფეროში.”
დაწერილი კარინ სოდერლუნდ ლეიფლერის მიერ
წყარო: Linköping უნივერსიტეტი
