Живая биоэлектроника:умные кожные датчики, которые обнаруживают и лечат

Чикагский университет, Иллинойс

Цзююнь Ши держит в руках небольшое устройство, изобретенное им и командой ученых из Чикагского университета, которое объединяет живые клетки, гель и датчики для создания «живой биоэлектроники» для лечения кожи. (Изображение:Цзююнь Ши и Божи Тянь)

В течение многих лет лаборатория профессора Божи Тиана училась тому, как объединить мир электроники — жесткий, металлический, громоздкий — с миром тела — мягкого, гибкого, нежного.

В своей последней работе они создали прототип того, что они называют «живой биоэлектроникой» — комбинации живых клеток, геля и электроники, которая может интегрироваться с живой тканью.

Пластыри состоят из сенсоров, бактериальных клеток и геля из крахмала и желатина. Испытания на мышах показали, что устройства могут постоянно отслеживать и улучшать симптомы, подобные псориазу, не раздражая кожу.

«Это мост от традиционной биоэлектроники, которая включает в себя живые клетки как часть терапии», — сказал Цзиюнь Ши, соавтор статьи и бывший доктор философии. студент в лаборатории Тиана (сейчас в Стэнфордском университете).

«Мы очень воодушевлены, потому что на создание проекта ушло полтора десятилетия», — сказал Тиан.

Исследователи надеются, что эти принципы можно применить и к другим частям тела, например, при кардиологической или нервной стимуляции. Исследование было опубликовано в журнале Science.

Сопряжение электроники с человеческим телом всегда было трудным. Хотя такие устройства, как кардиостимуляторы, улучшили жизнь бесчисленному количеству людей, у них есть свои недостатки; электроника, как правило, громоздкая и жесткая и может вызывать раздражение.

Но лаборатория Тиана специализируется на раскрытии фундаментальных принципов взаимодействия живых клеток и тканей с синтетическими материалами; их предыдущая работа включала крошечный кардиостимулятор, которым можно управлять с помощью легких и прочных, но гибких материалов, которые могли бы стать основой костных имплантатов.

В этом исследовании они применили новый подход. Обычно биоэлектроника состоит из самой электроники плюс мягкий слой, делающий ее менее раздражающей для организма.

Но группа Тиана задалась вопросом, смогут ли они добавить новые возможности, интегрировав третий компонент:сами живые клетки. Группа была заинтригована целебными свойствами некоторых бактерий, таких как S. epidermidis, микроб, который естественным образом живет на коже человека и, как было доказано, уменьшает воспаление.

Тонкий пластырь включает в себя гибкую электронную схему, гель из крахмала тапиоки и желатина, а также полезные бактерии, которые помогают лечить кожные заболевания. (Изображение:Цзююнь Ши и Божи Тянь)

Они создали устройство из трех компонентов. Каркас представляет собой тонкую гибкую электронную схему с датчиками. На него нанесен ультрамягкий гель, созданный из крахмала тапиоки и желатина, который имитирует структуру самой ткани. Наконец, С. эпидермидис микробы запрятаны в гель.

Когда устройство помещается на кожу, бактерии выделяют соединения, которые уменьшают воспаление, а датчик контролирует кожу на предмет таких сигналов, как температура и влажность кожи.

В тестах на мышах, склонных к кожным заболеваниям, подобным псориазу, наблюдалось значительное уменьшение симптомов.

Их первоначальные испытания длились неделю, но исследователи надеются, что систему, которую они называют платформой ABLE для активной биоинтегрированной живой электроники, можно будет использовать в течение полугода или более. По их словам, чтобы сделать лечение более удобным, устройство можно лиофилизировать для хранения и легко регидратировать при необходимости.

Поскольку лечебный эффект обеспечивают микробы, «это похоже на живой препарат — вам не нужно его заполнять», — сказал Сэхён Ким, другой соавтор статьи и действующий доктор философии. студент в лаборатории Тиана.

Помимо лечения псориаза, ученые могут представить себе применение пластырей для ускорения заживления ран у пациентов с диабетом.

Они также надеются распространить этот подход на другие типы тканей и клеток. «Например, можете ли вы создать устройство, производящее инсулин, или устройство, взаимодействующее с нейронами?» - сказал Тиан. «Существует множество потенциальных применений».

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Лори Фикман по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.; 713-743-8454.