Elektroder kan odlas i levande vävnad
Forskare vid Linköpings, Lunds och Göteborgs universitet har lyckats odla elektroder i levande vävnad med kroppens egna molekyler som utlösare. Resultatet, som publicerats i tidskriften Science, banar väg för tillverkning av helt integrerade elektroniska kretsar i levande organismer.
Att koppla elektronik till biologisk vävnad är viktigt bland annat för att förstå komplexa biologiska funktioner, bekämpa sjukdomar i hjärnan och utveckla framtida gränssnitt mellan människa och maskin. Konventionell bioelektronik, med principer från halvledarindustrin, har dock en fast och statisk utformning som är svår, för att inte säga omöjlig, att förena med levande, biologiska signalsystem.
För att överbrygga den här skillnaden har forskare utvecklat en metod för att skapa mjuka substratfria elektroniska ledande material i levande vävnad. Genom att injicera en gelatinliknande gel med enzymer som monteringsmolekyler lyckades forskarna odla elektroder i vävnaden hos zebrafiskar.
– I flera decennier har vi försökt skapa elektronik som härmar biologin. Nu låter vi i stället biologin skapa elektroniken för oss, säger Magnus Berggren, professor vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, vid Linköpings universitet.
Kan skapa material för nervstimulering
För att aktivera bildandet av elektroder räcker det med de kroppsegna molekylerna, man kan därmed rikta ledande polymerer till specifika biologiska substrukturer. Forskarna kan därmed skapa ett lämpligt material för nervstimulering och det behövs ingen genetisk modifiering eller externa signaler, som ljus eller elektrisk energi vilket varit nödvändigt i tidigare experiment. Just detta är de svenska forskarna först i världen att lyckas med.
Studien banar väg för ett nytt paradigm inom bioelektronik. Där det tidigare krävts inopererade fysiska föremål för att starta elektroniska processer i kroppen, kommer det i framtiden räcka med en trögflytande gel som sprutas in.
I experiment utförda på Lunds universitet har forskarna lyckats utveckla elektroder i hjärnan och hjärtat hos zebrafiskar, och i stjärtfenan hos samma fisk. Djuren tog ingen skada av den injicerade gelen och påverkades i övrigt inte av att elektroderna utvecklades. En av många utmaningar i försöken var att ta hänsyn till djurens immunförsvar.
Inspirerades av elektronisk ros
– Zebrafisken är en utmärkt modell för att studera organiska elektroder i hjärnor, säger Roger Olsson, professor vid Göteborgs och Lunds universitet.
Initiativet till studien togs av Roger Olsson sedan han läst om den elektroniska ros som forskare vid Linköpings institut utvecklade 2015. En svårighet i forskningen, och en viktig skillnad mellan växter och djur, är skillnaden i cellstruktur. Medan växter har hårda cellväggar, som det går att odla elektroder på, är cellerna i djur mer som en lös massa. Att skapa en gel med tillräcklig struktur och rätt mängd ämnen för att utveckla elektroder i en sådan omgivning var en utmaning som det tog flera år att lösa.
– På Göteborgs universitet redesignades kemin av de ledande byggstenarna för att anpassas bättre till cellstrukturerna i djur i stället för plantor, säger Roger Olsson.
Artikel i Science: Metabolite-induced in vivo fabrication of substrate-free organic bioelectronics
Kontakt: Roger Olsson, professor på Institutionen för kemi och molekylärbiologi vid Göteborgs universitet, telefon: 076-887 42 17, e-post: roger.olsson@gu.se