Замислите будућност у којој ваш лекар може убризгати гел у ваше ткиво и гел формира меку електроду која проводе струју. Ово се затим може користити за лечење болести вашег нервног система. После неког времена, електрода се растворила и нестала. Шведски истраживачи су већ развили гел и временом желе да буду у могућности да повежу електронику са биолошким ткивом - као што је мозак.
Проводљивост гела за ињекције се тестира на микрофабрикованом колу. Кредит за слику: Тхор Балкхед / Универзитет Линкопинг
Електронска медицина је област истраживања која се не уклапа уредно у постојећу област.
„Тренутно разговарате са физичарем, хемичарем и са мном, који имам искуство у биомедицини. Радимо заједно са научницима о материјалима и инжењерима електротехнике на интеграцији знања из наших различитих области. Да би ово функционисало, морате да разумете мозак и морате да разумете хемију и физику“, каже Хане Бисманс, докторант у Лабораторији за органску електронику, ЛОЕ, на Универзитету Линкопинг.
Истраживање на које се позива односи се на такозвану органску електронику која се може повезати са живим ткивом. Дугорочни циљ је да буде у стању да лечи различите болести нервног система и мозга. Њен колега Тобијас Абрахамсон је хемичар.
„Интердисциплинарна природа нашег истраживања, где комбинујемо различите аспекте и поља знања, веома је узбудљива. Могло би се рећи и да имам личнију мотивацију, јер у мојој породици постоје болести које утичу на нервни систем“, каже он.
Преводи између биологије и електронике
Али шта је органска електроника? И како се може користити за лечење болести – као што су епилепсија, депресија или Алцхајмерова и Паркинсонова болест – које је данас тешко лечити?
„У телу се комуникација одвија кроз много малих молекула, као што су неуротрансмитери и јони. Неурална сигнализација је, на пример, такође талас јона који доводи до електричног импулса. Дакле, желимо нешто што може узети све те информације и деловати као преводилац између јона и електрона“, каже Ксенофон Стракосас, доцент са искуством у физици.
Године 2023. успели су, заједно са другим истраживачима на Универзитету Линкопинг, Универзитету Лунд и Универзитету у Гетеборгу, да узгајају гел електроде у живом ткиву.
„Уместо коришћења метала и других неорганских материјала за спровођење струје, електроника се може креирати коришћењем различитих материјала заснованих на атомима угљеника и водоника – другим речима, органских материјала – који су проводљиви. Они су компатибилнији са биолошким ткивима и стога су погоднији за интеграцију, на пример, са телом“, каже Тобиас Абрахамссон.
Органски електронски материјали су веома корисни за вођење биолошких сигнала, јер могу да проводе јоне као и електроне. Такође, они су мекани, за разлику од метала.
Електрична стимулација мозга се већ користи за лечење неких болести. Електроде се имплантирају у мозак, на пример за лечење Паркинсонове болести.
„Али имплантати који се данас користе клинички су прилично рудиментарни; заснивају се на тврдим или крутим материјалима као што су метали. А наше тело је меко. Дакле, постоји трење, које може довести до упале и стварања ожиљног ткива. Наши материјали су мекши и компатибилнији са телом“, каже Хане Бисманс.
Електроде унутар биљака
Још пре десетак година, њихове колеге из ЛОЕ-а су показале да могу да натерају биљке да усисавају супстанцу растворљиву у води, која је унутар стабљике биљке формирала структуру која спроводи струју. Нека врста електроде, другим речима, унутар биљке.
Супстанца у питању је такозвани полимер – супстанца која се састоји од много малих сличних јединица које заједно могу формирати дугачке ланце кроз процес који се зове полимеризација. Тада су коришћене руже и истраживачи су успели да покажу да су направили органске електроде. Ово је отворило врата новом пољу истраживања.
„Али део је недостајао. Нисмо знали како да натерамо да се полимери формирају унутар сисара и у мозгу, на пример. Али онда смо схватили да можемо да имамо ензиме у гелу и да користимо сопствене супстанце тела да започнемо полимеризацију“, каже Ксенофон Стракосас.
Идеја је довела до тога да су истраживачи сада могли да убризгају благо вискозни раствор сличан гелу у ткиво. Када дође у контакт са сопственим супстанцама тела, као што је глукоза, својства гела се мењају. А шведски истраживачи су први у свету успели са методом којом се активира формирање електрода у ткиву.
„Гел се самополимеризује у ткиву и постаје електрично проводљив. Дозвољавамо биологији да то уради уместо нас“, каже Ксенофон Стракосас.
Такође, остаје на месту где је убризган. Ово је важно јер истраживачи желе да буду у могућности да контролишу где се у ткиву налази гел. Истраживачки тим је показао да на овај начин могу да узгајају електроде у мозгу зебрице и око нервног система пијавица. Сада истражују да ли делује и код мишева.
Али треба прећи дуг пут пре него што лечење болести гелом постане стварност. Прво, истраживачки тим ће истражити колико је гел стабилан унутар ткива. Да ли се после неког времена поквари и шта се тада дешава? Још једно важно питање је како се проводни гел може повезати са електроником ван тела.
„То није најлакша ствар, али се надам да ће се временом ова метода моћи користити за праћење шта се дешава унутар тела, све до ћелијског нивоа. Тада бисмо можда могли више да разумемо шта покреће или доводи до различитих болести у нервном систему“, каже Тобијас Абрахамсон.
„Остало је још много тога да се реши, али напредујемо,“ каже Ксенофон Стракосас. Било би сјајно када бисмо на крају могли да користимо електроде за читање сигнала унутар тела и да их користимо за истраживање или у здравству."
Написала Карин Содерлунд Леифлер
Извор: Линкопинг Университи
