Szwedzkim naukowcom udało się wyhodować elektrody w tkankach żywych organizmów. Jakie korzyści może przynieść to odkrycie?
Zespół badaczy ze szwedzkich uniwersytetów Linszoping, Lund i Goteborg podjęli się trudnego zadania połączenia biologii i technologii. W lutym naukowcy opublikowali wyniki swojego niecodziennego eksperymentu. Stworzyli specjalny żel, który w kontakcie z żywą tkanką zmienia swoją strukturę molekularną i staję się przewodnikiem, pozwalając na tworzenie się bio-elektrod w żywych organizmach. Działanie żelu przetestowano na popularnej rybce akwariowej Danio pręgowanym i mniej popularnych obecnie pijawkach lekarskich. U Danio udało się stworzyć elektrody w mózgu, sercu i płetwie ogonowej, u pijawek zaś wokół tkanki nerwowej. Według badaczy zwierzęta nie wykazywały skutków ubocznych po wstrzyknięciu żelu, a formowanie elektrod nie miało na nie żadnego negatywnego wpływu.
Jak to w ogóle możliwe?
Przy tworzeniu tego typu projektów częstym problemem jest to, że układ odpornościowy badanego zwierzęcia odrzuca wprowadzony do organizmu środek. Naukowcy wprowadzili więc pewne zmiany w składzie chemicznym żelu i udało im się opracować formułę obojętną zarówno dla układu odpornościowego jak i tkanki mózgowej. Żel zawierał małe elektro-aktywne monomery oraz specjalne enzymy działające jako cząsteczki łączące pomiędzy nim i żywymi tkankami. Dzięki procesowi polimeryzacji, monomery przewodziły prąd dopiero w połączeniu z wewnętrznymi procesami komórkowymi zwierząt. Co ciekawe, to pierwszy tego typu eksperyment, gdzie zbędne okazały się zarówno modyfikacje genetyczne u zwierząt jak i czynniki zewnętrzne, takie jak światło czy energia elektryczna. Badacze widzą w tym projekcie szansę na rozwój nowych sposobów leczenia chorób neurologicznych, poprzez tworzenie w pełni zintegrowanych obwodów elektrycznych w tkankach żywych organizmów.
Chociaż przy podobnych metodach często okazuje się, że dana substancja działa inaczej u zwierząt i ludzi, to samo zrozumienie działania pewnych procesów jest dużym krokiem do poznania złożonych funkcji biologicznych, rozwijania powiązań pomiędzy ludźmi a maszynami i w końcu, zwalczania chorób, na które do tej pory nie mieliśmy sposobu. Takie zatarcie granicy pomiędzy biologią i technologią pozwala na tworzenie zupełnie nowych metod badawczych. Jak podkreśla jeden z autorów projektu, Magnus Berggren: od wielu dekad staraliśmy się tworzyć technologię naśladującą biologię, teraz jednak biologia będzie tworzyć technologię za nas.
Inicjatorem całego przedsięwzięcia był profesor Roger Olsson z uniwersytetu w Lund, który zainspirował się projektem badaczy z Linszoping. W dwa tysiące piętnastym roku stworzyli oni elektroniczne róże.
Naukowcy chcieli opracować narzędzie dla biologów, aby mogli oni regulować funkcje fizjologiczne roślin – coś na kształt implantów stosowanych w medycynie, jak na przykład rozruszniki serca. Komponenty elektroniczne mogłyby wspomagać monitorowanie stanu roślin bez potrzeby manipulacji ich DNA. Sam pomysł stworzenia bionicznej rośliny nie był jednak nowy już w tamtym czasie. Wcześniejsze eksperymenty na szpinaku przeprowadzone przez bioinżynierów z MIT dowiodły, że wyposażenie chloroplastów w nanorurki pobudza proces fotosyntezy. Nanorurki absorbowały energię w szerszym zakresie fal niż same chloroplasty. W dwa tysiące dwunastym roku miał miejsce równie ciekawy projekt; zespół naukowców zaprojektował technologię mierzenia napięcia elektrycznego w roślinach, które były w stanie ‘wyczuwać’ poruszającą się po nich ludzką dłoń i przekazać jej obraz do połączonego z nimi komputera.
Jednak kolejny raz Szwedzi wykorzystali pełny potencjał tego typu metod i umieścili w roślinach wszystkie elementy obwodu elektrycznego, łącznie z tranzystorami, które działały jako przełączniki. Zaczęli od zanurzenia łodyg róż w roztworze rozpuszczalnego w wodzie polimeru przewodzącego prąd o nazwie PEDOT. Komórki roślin naturalnie zasysały go do tkanki przewodzącej, gdzie roztwór samoistnie łączył się z przewodami, do których podłączono złote igły preparacyjne. Następnie badacze umieścili tak nasączone liście róży w probówce wypełnionej roztworem wymieszanym z nano-włóknami celulozowymi. Kiedy przepuścili przez nie prąd, liście delikatnie zmieniały kolor.
Oczywiście naukowcy nie zrobili tego jedynie dla efektów wizualnych. W swoim eksperymencie udowodnili, że można stworzyć technologię bez użycia substancji ropopochodnych oraz rzadkich metali i zamiast tego użyć materiałów roślinnych. Kolejnym krokiem w projekcie było stworzenie botanicznych przewodów umożliwiających monitorowanie poziomu hormonów w roślinach. Ostatecznym celem stał się system, dzięki któremu można by zmieniać właściwości fizjologiczne roślin na żądanie, bez konieczności ingerowania w ich genom. Jeśli elementy obwodów byłyby obojętne dla jadalnych części takich roślin, to można by produkować żywność modyfikowaną elektronicznie i kontrolować uprawy tak, aby były odporne na niekorzystne warunki. Po opracowaniu odpowiedniej technologii, ilość możliwości jest właściwie nieograniczona. Eksperci wymieniają między innymi wykorzystywanie energii wytwarzanej przez chlorofil, produkcję przyjaznych środowisku anten czy nowych biodegradowalnych materiałów.
Być może taka technologia umożliwi w odległej przyszłości produkcję żywności w bazach na Księżycu czy Marsie. Przed badaczami jeszcze dużo pracy, jednak każdy krok zbliża nas do postępu w tej dziedzinie oraz rozwiązywania kolejnych globalnych problemów.
