На фото к публикации в издании Nature — крупный план хвостового плавника рыбки данио, на котором гелевые электроды видны как тёмные участки в ткани. Таким образом рыбы «отращивают» проводящие полимеры.
Гель для инъекций, протестированный на живых рыбках данио, может использовать внутреннюю химию животных для превращения в проводящий полимер. Открытие, о котором сообщили в журнале Science, может привести к разработке электронных устройств для имплантации в ткани организма, в том числе в мозг, не причиняя вреда.
Когда гель смешивается с собственными метаболитами реципиента — химическими веществами, вырабатываемыми организмом, — цепная реакция превращает его в плотный, но гибкий материал.
Мы проводим много экспериментов с этими материалами, чтобы выращивать электроды и электронику среди живых клеток
— Магнус Берггрен, соавтор исследования, материаловед из Университета Линчепинга в Швеции.
Учёный добавил, что их работа может в конечном итоге улучшить технологии глубокой стимуляции мозга, например, помочь восстановиться повреждённым нервам.
Электронные устройства или схемы, которые можно имплантировать в организм, имеют множество перспектив в медицине. Например, чтобы помочь мозгу взаимодействовать с протезами конечностей или даже улучшать память. Но обычные электронные материалы могут вызвать воспаление или образование рубцов, а ещё они часто разрушаются внутри живой ткани и в конечном итоге перестают работать.
Команда Берггрена хотела создать материал, который был бы проводящим, но стабильным в долгосрочной перспективе, нетоксичным и в консистенции, позволяющей его вводить без травм.
Разработанная в Швеции смесь содержит химические строительные блоки для проводящего полимера, а также ферменты. При введении в живую ткань гель вступает в реакцию с глюкозой и лактатом, то есть с обычными метаболитами, что приводит к полимеризации геля в гораздо более прочный, хотя всё ещё мягкий материал.
Работая с группой, возглавляемой химическим биологом Роджером Олссоном из Лундского университета в Швеции, исследователи использовали свой подход для создания полимерных «электродов» внутри плавников и мозга живых рыбок данио (Danio rerio). Они также использовали его в нервной ткани пиявок и в мышцах кур, свиней и коров.
Податливый, мягкий и биосовместимый материал не полимеризуется, пока не окажется внутри тела. Таким образом новинка устраняет механические различия между типичными электродными материалами и живой тканью.
Идея использования химии живой ткани для создания проводящего материала внутри тела не нова. В 2020 году исследователи сообщали о разработке фермента, который будет преобразовываться в генетически модифицированных нейронах червя-нематоды Caenorhabditis elegans. Это заставило клетки вырабатывать проводящие полимеры.
Сахика Инал, биоинженер из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы в Тувале, Саудовская Аравия, пояснила, что ценность последнего исследования заключается в том, что гель вступает в реакцию с веществами, которые организм вырабатывает естественным путём, и для этого не требуется генетической модификации организма.
Я думаю, что эта технология показывает альтернативное мышление. Вместо того чтобы менять «программное обеспечение» того же «устройства», почему бы нам просто полностью не избавиться от этого «устройства» и не сделать новое внутри клетки?
— Сахика Инал, биоинженер из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы в Тувале, Саудовская Аравия.
Предстоит преодолеть ещё много препятствий, прежде чем вводимое вещество можно будет протестировать на людях. Так, хотя полимер и обладает высокой проводимостью, пока что нет способа сделать его функциональным, подключив к внешнему источнику электроэнергии.
Исследователям также необходимо убедиться в безопасности подхода. Они не наблюдали никакого необычного поведения у рыбок данио после введения раствора в их мозг, но они следили за животными только в течение трёх дней после процедуры. А в дальнейшем придётся посмотреть на долгосрочные реакции.
