Cyborg vävnadsövervakar celler

Forskare vid Harvard University har konstruerat ett material som smälter samman elektronik i nanoskala med biologiska vävnader - ett bokstavligt nät av transistorer och celler.

Trådbunden ställning: Alginat (vit), ett material som härrör från tång som används i konventionella cellställningar, deponeras runt metalltrådar i nanoskala (falskfärgade i brunt) för att bilda en tredimensionell elektronisk ställning.

Den cyborgliknande vävnaden, beskriven online på Naturmaterial , stödjer celltillväxt samtidigt som de övervakar dessa cellers aktiviteter. Det kan förbättras in vitro drogscreening genom att tillåta forskare att spåra hur celler i en tredimensionell miljö reagerar på droger i realtid, säger författarna. Det kan också vara ett första steg mot proteser som kommunicerar direkt med nervsystemet, och vävnadsimplantat som känner av och svarar på skada eller sjukdom.

Tidigare, för att undersöka den elektriska aktiviteten hos levande system, har forskare utvecklat platta, flexibla enheter som sträcker sig längs utsidan av ett organ, som t.ex. hjärta , hjärna , eller hud (se Göra töjbar elektronik). Men dessa material övervakar bara elektrisk aktivitet på ytan av en vävnad.

Den nya byggnadsställningen gjordes av ett team av forskare som inkluderar Bozhi Tian, ​​en 2012 medlem av Technology Review:s TR35 (ser 35 innovatörer under 35: Bozhi Tian ); Harvard University kemist Charles Lieber; Daniel Kohane, chef för Laboratory for Biomaterials and Drug Delivery vid Boston Children's Hospital; och Robert Langer, en kemiingenjör och institutprofessor vid MIT. Gruppen satte sig för att designa en tredimensionell ställning som integrerar elektronik direkt i levande vävnader.

De nanoelektroniska ställningarna var gjorda av ett tunt nät av nanotrådar av metall, antingen raka eller krökta, prickade med små transistorer som upptäcker elektrisk aktivitet. Forskarna vek eller rullade nätet till en tredimensionell struktur för att simulera en bit vävnad eller ett blodkärl. Resultatet är en ställning som är både porös och flexibel – ingen lätt bedrift för elektronik. Dessa ställningar är mekaniskt de mjukaste elektroniska materialen som någonsin har tillverkats, säger Lieber.

Ställningen såddes sedan med celler eller slogs samman med konventionella biomaterial, såsom kollagen, till hybridställningar. Det visar, ur ett materialperspektiv, att man kan kombinera dessa elektroniska nätverk med praktiskt taget vad som helst, tillägger Lieber.

För att testa konstruktionens avkänningsförmåga utförde teamet experiment med levande celler. De odlade neuroner i byggnadsställningen och övervakade sedan framgångsrikt cellernas avfyrningsaktivitet som svar på excitatoriska signalsubstanser; de observerade hjärtceller på ena sidan av vävnaden slå på subtilt olika sätt än celler på andra sidan; och de övervakade pH-förändringar på insidan och utsidan av ett förenklat blodkärl, gjort av rullade konstruktioner och glatta muskelceller.

Lieber säger att många läkemedelsföretag redan har uttryckt intresse för byggnadsställningarna för att övervaka läkemedelssvar i olika vävnader. Det är den närmaste ansökan, säger han - men inte det slutliga målet. En dag skulle Lieber vilja utveckla vävnadstransplantat som kan rapportera sin funktion till läkare och ge omedelbar feedback till en vävnad vid behov, som att släppa ut ett läkemedel i huden eller lungorna. Vi har möjlighet att slå samman elektronik med cellulära system, säger han.

Dölj