SG.hu·
Félig élő, félig elektromos szövetekkel kísérleteznek
Ugyanúgy működnek, mint az igazi szívizomsejtek, a Harvard Egyetem petri csészéjében található patkány kardiomiociták azonban egy igen fontos dologban különböznek. Vezetékek és tranzisztorok kígyóznak közöttük, figyelve minden egyes sejt elektromos impulzusait. A jövőben a vezetékek a sejtek viselkedését is kontrollálhatják.
Ezeknek a "kiborg-szöveteknek" létezik agysejtekhez, izomzathoz és vérerekhez készült változata. Alkalmazhatók gyógyszerkísérleteknél, vagy a jelenlegi implantátumok, mint a pacemakerek biológiai változatának alapjaként. Ha sikerül jeleket küldeni a sejtekhez, a kiborg-szövet protézisek, vagy parányi robotok előállításához is felhasználható lehet. "Lehetővé teszi az elektronikus, szervetlen rendszerek és a szerves biológiai rendszerek közötti határvonal hatékony elmosódását" - mondta Charles Lieber, a kutatás vezetője.
Mesterséges szövetek már jelenleg is növeszthetők biológiai anyagokból készült háromdimenziós vázakon, ezek azonban elektronikusan nem aktívak, az elektromos komponenseket a már kitenyésztett szövethez adják hozzá, nem integrálódnak be a szerkezetbe, ezért csak annak felületéről képesek információt kinyerni. Lieber csapata egy elektromosan aktív vázat alkotott. Létrehoztak egy háromdimenziós vezető nanovezeték-hálózatot, amit szilícium szenzorokkal tűzdeltek tele. A technika kulcsa, hogy a vezetékeknek hajlékonynak és rendkívül kicsinek kell lennie, hogy ne gátolja a szövet növekedését. A vázban természetesen hagyományos biológiai anyagok is helyet kaptak, mint például a kollagén.
Konfokális fluoreszcens mikroszkóp felvétel a nanovázról (x és y tengely mentén), a bekeretezett részek a tranzisztorok
A kutatóknak sikerült ezekben a hibrid hálókban patkány agysejteket, szívizomsejteket és izomsejteket növeszteniük. A szívizomsejtek esetében ugyanúgy létrejött az összehúzódás, mint a hagyományos sejteknél, a kutatók pedig a hálózat alkalmazásával ki tudták olvasni a dobbanások gyakoriságát. Egy szívizomsejt kontrakciót stimuláló szer befecskendezésével gyorsulást tapasztaltak a ritmusban, ami a szövet normális működését bizonyította, illetve azt, hogy a hálózat képes érzékelni a változásokat.
Lieber csapatának sikerült emberi sejtek és nanovezetékek alkalmazásával egy teljes, körülbelül 1,5 centiméter hosszú ér növesztése is. Az ér külseje és belseje elektronikus jeleinek rögzítésével - korábban ez elképzelhetetlen volt - a csapat olyan elektromos sémákat észlelt, ami elmondásuk szerint utalhat különböző gyulladásokra, a daganatos megbetegedések kockázatának növelését előidéző elváltozásokra, vagy egy közelgő szívbetegségre. "Használhatjuk a gyógyszerek hatásainak közvetlen mérésére anélkül, hogy egy tényleges emberi lényt tennénk ki a kockázatoknak" - magyarázta Daniel Kohane, Lieber csapatának tagja, aki szövet "tapaszokat" is el tudna képzelni, melyek például a szív felszínéhez csatolva, figyelemmel kísérhetnék a működését.
a/ Konfokális fluoreszcens mikroszkóp felvétel egy hibrid nanováz/kollagén mátrixról (zöld a kollagén, sárga a vázat alkotó epoxy, a nyíl a nanovezetéket elhelyezkedését jelöli) b/ Nanováz/alginát mátrix felül- és oldalnézetből (a barnás színben az epoxy szálak)
Vladimir Parpua, az Alabama Egyetem neurobiológusa, aki nem vett részt a tanulmányban, parányi biomimetikus robotok vagy implantátumok megalkotására használná a szöveteket, amik elektromos impulzusokkal javítanák ki a sérült területeket. Eddig azonban a kutatók az elektromos vázakkal csak rögzítették a jeleket, utasításokat még nem adtak a sejteknek, ezért Lieber következő lépésként olyan komponenseket akar hozzáadni a nanovázhoz, amik képesek kommunikálni a neuronokkal. "A cél a szövet elektromos összekapcsolása, és a vele való kommunikáció, mindezt ugyanolyan módon, ahogy azt egy biológiai rendszer teszi" - mondta.
Ezeknek a "kiborg-szöveteknek" létezik agysejtekhez, izomzathoz és vérerekhez készült változata. Alkalmazhatók gyógyszerkísérleteknél, vagy a jelenlegi implantátumok, mint a pacemakerek biológiai változatának alapjaként. Ha sikerül jeleket küldeni a sejtekhez, a kiborg-szövet protézisek, vagy parányi robotok előállításához is felhasználható lehet. "Lehetővé teszi az elektronikus, szervetlen rendszerek és a szerves biológiai rendszerek közötti határvonal hatékony elmosódását" - mondta Charles Lieber, a kutatás vezetője.Mesterséges szövetek már jelenleg is növeszthetők biológiai anyagokból készült háromdimenziós vázakon, ezek azonban elektronikusan nem aktívak, az elektromos komponenseket a már kitenyésztett szövethez adják hozzá, nem integrálódnak be a szerkezetbe, ezért csak annak felületéről képesek információt kinyerni. Lieber csapata egy elektromosan aktív vázat alkotott. Létrehoztak egy háromdimenziós vezető nanovezeték-hálózatot, amit szilícium szenzorokkal tűzdeltek tele. A technika kulcsa, hogy a vezetékeknek hajlékonynak és rendkívül kicsinek kell lennie, hogy ne gátolja a szövet növekedését. A vázban természetesen hagyományos biológiai anyagok is helyet kaptak, mint például a kollagén.
Konfokális fluoreszcens mikroszkóp felvétel a nanovázról (x és y tengely mentén), a bekeretezett részek a tranzisztorok
A kutatóknak sikerült ezekben a hibrid hálókban patkány agysejteket, szívizomsejteket és izomsejteket növeszteniük. A szívizomsejtek esetében ugyanúgy létrejött az összehúzódás, mint a hagyományos sejteknél, a kutatók pedig a hálózat alkalmazásával ki tudták olvasni a dobbanások gyakoriságát. Egy szívizomsejt kontrakciót stimuláló szer befecskendezésével gyorsulást tapasztaltak a ritmusban, ami a szövet normális működését bizonyította, illetve azt, hogy a hálózat képes érzékelni a változásokat.
Lieber csapatának sikerült emberi sejtek és nanovezetékek alkalmazásával egy teljes, körülbelül 1,5 centiméter hosszú ér növesztése is. Az ér külseje és belseje elektronikus jeleinek rögzítésével - korábban ez elképzelhetetlen volt - a csapat olyan elektromos sémákat észlelt, ami elmondásuk szerint utalhat különböző gyulladásokra, a daganatos megbetegedések kockázatának növelését előidéző elváltozásokra, vagy egy közelgő szívbetegségre. "Használhatjuk a gyógyszerek hatásainak közvetlen mérésére anélkül, hogy egy tényleges emberi lényt tennénk ki a kockázatoknak" - magyarázta Daniel Kohane, Lieber csapatának tagja, aki szövet "tapaszokat" is el tudna képzelni, melyek például a szív felszínéhez csatolva, figyelemmel kísérhetnék a működését.
a/ Konfokális fluoreszcens mikroszkóp felvétel egy hibrid nanováz/kollagén mátrixról (zöld a kollagén, sárga a vázat alkotó epoxy, a nyíl a nanovezetéket elhelyezkedését jelöli) b/ Nanováz/alginát mátrix felül- és oldalnézetből (a barnás színben az epoxy szálak)
Vladimir Parpua, az Alabama Egyetem neurobiológusa, aki nem vett részt a tanulmányban, parányi biomimetikus robotok vagy implantátumok megalkotására használná a szöveteket, amik elektromos impulzusokkal javítanák ki a sérült területeket. Eddig azonban a kutatók az elektromos vázakkal csak rögzítették a jeleket, utasításokat még nem adtak a sejteknek, ezért Lieber következő lépésként olyan komponenseket akar hozzáadni a nanovázhoz, amik képesek kommunikálni a neuronokkal. "A cél a szövet elektromos összekapcsolása, és a vele való kommunikáció, mindezt ugyanolyan módon, ahogy azt egy biológiai rendszer teszi" - mondta.