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Cellule di monitoraggio dei tessuti cyborg
I ricercatori dell'Università di Harvard hanno costruito un materiale che fonde l'elettronica su nanoscala con i tessuti biologici, una rete letterale di transistor e cellule.
Ponteggio cablato: L'alginato (bianco), un materiale derivato dalle alghe utilizzato negli scaffold cellulari convenzionali, viene depositato attorno a fili metallici su nanoscala (falsi colori in marrone) per formare un'impalcatura elettronica tridimensionale.
Il tessuto simile al cyborg, descritto online su Materiali della natura , supporta la crescita cellulare monitorando contemporaneamente le attività di tali cellule. Potrebbe migliorare in vitro screening dei farmaci consentendo ai ricercatori di monitorare in tempo reale come le cellule in un ambiente tridimensionale rispondono ai farmaci, affermano gli autori. Può anche essere un primo passo verso protesi che comunicano direttamente con il sistema nervoso e impianti tissutali che rilevano e rispondono a lesioni o malattie.
In precedenza, per sondare l'attività elettrica dei sistemi viventi, gli scienziati hanno sviluppato dispositivi piatti e flessibili che si estendono lungo l'esterno di un organo, come il cuore , cervello , o pelle (vedi Realizzazione di elettronica estensibile). Ma questi materiali monitorano solo l'attività elettrica sulla superficie di un tessuto.
La nuova impalcatura è stata realizzata da un team di ricercatori che include Bozhi Tian, membro del 2012 di TR35 di Technology Review (vedere 35 Innovatori Under 35: Bozhi Tian ); il chimico dell'Università di Harvard Charles Lieber; Daniel Kohane, direttore del Laboratorio per i biomateriali e la somministrazione di farmaci presso il Boston Children's Hospital; e Robert Langer, ingegnere chimico e professore di istituto al MIT. Il gruppo ha deciso di progettare un'impalcatura tridimensionale che integra l'elettronica direttamente nei tessuti viventi.
Gli scaffold nanoelettronici erano costituiti da una sottile rete di nanofili metallici, diritti o attorcigliati, punteggiati da minuscoli transistor che rilevano l'attività elettrica. I ricercatori hanno piegato o arrotolato la rete in una struttura tridimensionale per simulare rispettivamente un pezzo di tessuto o un vaso sanguigno. Il risultato è un'impalcatura che è sia porosa che flessibile, non un'impresa facile per l'elettronica. Questi ponteggi sono meccanicamente i materiali elettronici più morbidi che siano mai stati realizzati, afferma Lieber.
Lo scaffold è stato quindi seminato con cellule o fuso con biomateriali convenzionali, come il collagene, in scaffold ibridi. Mostra, dal punto di vista dei materiali, che è possibile combinare queste reti elettroniche praticamente con qualsiasi cosa, aggiunge Lieber.
Per testare le capacità di rilevamento del costrutto, il team ha eseguito esperimenti con cellule viventi. Hanno fatto crescere i neuroni nello scaffold, quindi hanno monitorato con successo l'attività di scarica delle cellule in risposta ai neurotrasmettitori eccitatori; hanno osservato le cellule del cuore su un lato del tessuto che battono in modi leggermente diversi rispetto alle cellule sull'altro lato; e hanno monitorato i cambiamenti di pH all'interno e all'esterno di un vaso sanguigno semplificato, fatto di struttura arrotolata e cellule muscolari lisce.
Lieber afferma che numerose aziende farmaceutiche hanno già espresso interesse per gli scaffold per monitorare le risposte ai farmaci in diversi tessuti. Questa è l'applicazione più vicina, dice, ma non l'obiettivo finale. Un giorno, Lieber vorrebbe sviluppare innesti di tessuto che possano riferire la loro funzione ai medici e fornire un feedback immediato a un tessuto quando necessario, come il rilascio di un farmaco nella pelle o nei polmoni. Abbiamo l'opportunità di fondere l'elettronica con i sistemi cellulari, dice.