Prvý krok k skutočným kyborgom. Našli spôsob ako integrovať elektroniku so živými bunkami

Na základe výrobnej techniky nazývanej nanoimprintová litografia vedci vytlačili živé bunky myších embryí so vzormi zlatých nanočastíc a nanodrôtov. Nová technika tetovania zlata na živé tkanivo môže viesť k integrácii ľudských buniek s elektronickými zariadeniami. Podľa tímu pod vedením inžiniera Davida Graciasa z Univerzity Johnsa Hopkinsa by táto technológia mohla mať obrovské využitie v zdravotníctve. Mohli by sme mať senzory na diaľkové monitorovanie a kontrolu stavu jednotlivých buniek a prostredia, ktoré tieto bunky obklopuje, v reálnom čase. „Keby sme mali technológie na sledovanie zdravia izolovaných buniek, možno by sme mohli diagnostikovať a liečiť choroby oveľa skôr a nečakať, kým sa poškodí celý orgán,“ hovorí Gracias.

Inžinieri už nejaký čas hľadajú spôsob, ako integrovať elektroniku s ľudskou biológiou, ale existujú značné prekážky. Jedna z najväčších je nekompatibilita živého tkaniva s výrobnými technikami používanými na konštrukciu elektroniky. Hoci existujú spôsoby, ako vyrobiť malé a pružné veci, často sa pri tom používajú agresívne chemikálie, vysoké teploty alebo podtlak, ktoré ničia živé tkanivá alebo mäkké materiály na báze vody.

Gracias a jeho tím založili svoju techniku na nanoimprintovej litografii, čo je v podstate použitie pečiatky na odtláčanie vzorov v nanomierke do materiálu. V tomto prípade je materiálom zlato, ale to je len prvý krok procesu. Po vytvorení vzoru ho treba preniesť a prilepiť na živé tkanivo. Vedci najprv vytlačili zlato v nanorozmeroch na kremíkovú doštičku potiahnutú polymérom. Potom sa polymér rozpustil, aby sa vzor mohol preniesť na tenké vrstvy skla, kde sa ošetril biologickou zlúčeninou nazývanou cysteamín a pokryl hydrogélom. 

Potom bol vzor odstránený zo skla a ošetrený želatínou, prv ako bol prenesený do bunky fibroblastu. Nakoniec sa hydrogél rozpustil. Cysteamín a želatína pomohli zlatu spojiť sa s bunkou, kde zostalo a pohybovalo sa spolu s bunkou počas nasledujúcich 16 hodín. Rovnakú techniku použili na pripevnenie sústav zlatých nanodrôtov na mozog potkana ex vivo. No fibroblasty podľa nich predstavujú najzaujímavejší výsledok.

„Ukázali sme, že dokážeme pripevniť komplexné nanovzorce na živé bunky, pričom zabezpečíme, aby bunka neodumrela,“ hovorí Gracias. Keďže litografia v nanomierke je relatívne jednoduchá a lacná, práca predstavuje cestu k vývoju zložitejšej elektroniky, ako sú elektródy, antény a obvody, ktoré sa dajú integrovať nielen so živými tkanivami, ale aj s hydrogélmi a inými mäkkými materiálmi, ktoré sú nekompatibilné s drsnejšími výrobnými metódami. Očakáva sa, že tento proces nanopotlačenia v kombinácii s rôznymi triedami materiálov a štandardnými technikami mikrovýroby umožní vývoj nových substrátov pre bunkové kultúry, biohybridných materiálov, bionických zariadení a biosenzorov.  Výskum bol uverejnený v časopise Nano Letters.

Zdroj: sciencealert.com.