Jiuyun Shi מחזיק במכשיר קטן שהוא וצוות מדענים מאוניברסיטת שיקגו המציאו המשלב תאים חיים, ג'ל וחיישנים כדי ליצור "ביואלקטרוניקה חיה" לריפוי העור. קרדיט: Jiuyun Shi ובוז'י טיאן/אוניברסיטת שיקגו
מדענים מפתחים מדבקה גמישה, ניתנת להתאמה וניתנת לאחסון המשלבת חיידקים וחיישנים כדי להתממשק עם הגוף.
חוקרים יצרו "ביו-אלקטרוניקה חיה", מכשיר המשלב תאים, ג'ל ואלקטרוניקה לניטור וטיפול במצבי עור. נבדק על עכברים, המכשיר מפחית דלקת ומחזיק בפוטנציאל ליישומים רפואיים רחבים יותר. הצוות פועל למסחור הטכנולוגיה.
במשך שנים רבות, המעבדה של פרופסור בוז'י טיאן בוחנת כיצד למזג את תחומי האלקטרוניקה – בדרך כלל קשיחים, מתכתיים ומגושמים – עם הטבע הרך, הגמיש והעדין של גוף האדם. במחקר האחרון שלהם, הם יצרו אב טיפוס למה שהם מכנים "ביו-אלקטרוניקה חיה": שילוב של תאים חיים, ג'ל ואלקטרוניקה שיכולים להשתלב עם רקמה חיה.
המדבקות עשויות מחיישנים, תאי חיידקים וג'ל העשוי מעמילן וג'לטין. בדיקות בעכברים גילו שהמכשירים יכולים לנטר ולשפר תסמינים דמויי פסוריאזיס ללא הרף, מבלי לגרות את העור.
"זהו גשר מביו-אלקטרוניקה מסורתית, המשלבת תאים חיים כחלק מהטיפול", אמר Jiuyun Shi, המחבר הראשון של המאמר וסטודנט לשעבר לדוקטורט במעבדתו של טיאן (כיום באוניברסיטת סטנפורד).
"אנחנו מאוד נרגשים כי זה כבר עשור וחצי בהתהוות", אמר טיאן.
החוקרים מקווים שניתן ליישם את העקרונות גם על חלקים אחרים בגוף, כגון גירוי קרדיולוגי או עצבי. המחקר פורסם ב-30 במאי ב מַדָע.
שכבה שלישית
זיווג אלקטרוניקה לגוף האדם תמיד היה קשה. למרות שמכשירים כמו קוצבי לב שיפרו אינספור חיים, יש להם חסרונות; מוצרי אלקטרוניקה נוטים להיות מגושמים ונוקשים, ועלולים לגרום לגירוי.
אבל המעבדה של טיאן מתמחה בגילוי העקרונות הבסיסיים מאחורי האופן שבו תאים חיים ורקמות מתקשרים עם חומרים סינתטיים; עבודתם הקודמת כללה קוצב לב זעיר שניתן לשלוט בו בעזרת חומרים קלים וחזקים אך גמישים שיכולים להוות בסיס להשתלות עצם. במחקר זה, הם נקטו בגישה חדשה. בדרך כלל, ביו-אלקטרוניקה מורכבת מהאלקטרוניקה עצמה, בתוספת שכבה רכה כדי להפוך אותם לפחות מגרים את הגוף.
אבל הקבוצה של טיאן תהתה אם הם יכולים להוסיף יכולות חדשות על ידי שילוב של מרכיב שלישי: תאים חיים עצמם. הקבוצה הסתקרנה עם תכונות הריפוי של חיידקים מסוימים כגון S. epidermidisחיידק שחי באופן טבעי על עור האדם והוכח כמפחית דלקות.
מדבקה דקיקה משולבת מעגל אלקטרוני גמיש, ג'ל העשוי מעמילן טפיוקה וג'לטין וחיידקים ידידותיים המסייעים בטיפול במצבי עור. קרדיט: Jiuyun Shi ובוז'י טיאן/אוניברסיטת שיקגו
הם יצרו מכשיר עם שלושה רכיבים. המסגרת היא מעגל אלקטרוני דק וגמיש עם חיישנים. הוא מצופה בג'ל שנוצר מעמילן טפיוקה וג'לטין, שהוא אולטרה רך ומדמה את איפור הרקמה עצמה. לבסוף, S. epidermidis חיידקים מוכנסים לתוך הג'ל. כאשר המכשיר מונח על העור, החיידקים מפרישים תרכובות המפחיתות דלקת, והחיישן מנטר את העור לאיתותים כמו טמפרטורת העור ולחות.
בבדיקות עם עכברים המועדים למצבי עור דמויי פסוריאזיס, הייתה ירידה משמעותית בתסמינים.
הבדיקות הראשוניות שלהם נמשכו במשך שבוע, אבל החוקרים מקווים שהמערכת – שאותה הם מכנים פלטפורמת ABLE, עבור Active Biointegrated Living Electronics – תוכל לשמש במשך חצי שנה או יותר. כדי להפוך את הטיפול לנוח יותר, אמרו, ניתן לייבש את המכשיר בהקפאה לאחסון ולהחזיר אותו בקלות בעת הצורך.
מאחר שהאפקטים המרפאים מסופקים על ידי חיידקים, "זה כמו תרופה חיה – אתה לא צריך למלא אותה מחדש", אמר סאיהון קים, הכותב הראשון השני של המאמר וסטודנט הנוכחי לדוקטורט במעבדה של טיאן.
יישומים רחבים יותר ויעדים עתידיים
בנוסף לטיפול בפסוריאזיס, המדענים יכולים לדמיין יישומים כגון מדבקות להאצת ריפוי פצעים בחולים עם סוכרת.
הם גם מקווים להרחיב את הגישה לסוגי רקמות וסוגי תאים אחרים. "לדוגמה, האם תוכל ליצור א אִינסוּלִין-מכשיר מייצר, או מכשיר שמתממשק עם נוירונים?" אמר טיאן. "יש הרבה יישומים פוטנציאליים."
טיאן אמר שזוהי מטרה שהוא שומר מאז תקופתו כחוקר פוסט-דוקטורט לפני כמעט 15 שנה, כשהחל לראשונה להתנסות ב"רקמות סייבורגיות".
"מאז, למדנו כל כך הרבה על השאלות הבסיסיות, כמו איך תאים מתממשקים עם חומרים והכימיה והפיזיקה של ההידרוג'לים, מה שמאפשר לנו לעשות את הקפיצה הזו", אמר. "לראות את זה הופך למציאות היה נפלא."
"התשוקה שלי תמיד הייתה לדחוף את הגבולות של מה שאפשר במדע", אמר שי. "אני מקווה שהעבודה שלנו תוכל לעורר השראה בדור הבא של עיצובים אלקטרוניים."
מחברי נייר אחרים עם אוניברסיטת שיקגו כללה את Pengju Li, Chuanwang Yang, Ethan Eig, Lewis Shi, Jiping Yue, וכן מדענים מאוניברסיטת Rutgers ו אוניברסיטת קולומביה.
החוקרים השתמשו במתקן אפיון החומר הרך ובמתקן הננו-ייצור של פריצקר באוניברסיטת שיקגו. הם גם עובדים עם מרכז פולסקי ליזמות וחדשנות כדי למסחר את הטכנולוגיה.
