Wstrzykiwalny biomateriał do zadań specjalnych

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Stworzony w 2 laboratoriach Uniwersytetu Chicagowskiego wstrzykiwalny biomateriał może być wykorzystywany do stymulacji neuronów czy manipulowania zachowaniem mięśni i narządów.

W większości przypadków tradycyjne materiały na implanty są bardzo sztywne i duże, zwłaszcza jeśli chce się zastosować stymulację elektryczną - opowiada prof. Bozhi Tian, chemik, którego laboratorium współpracowało z pracownią neuronaukowca Francisca Bezanilli.

Dla odmiany nowy materiał jest delikatny, a jego cząstki mają zaledwie kilka mikrometrów średnicy i ławo rozpraszają się w roztworze soli fizjologicznej, co oznacza, że można go wstrzykiwać. Co ważne, po kilku miesiącach cząstki ulegają naturalnej degradacji, więc nie trzeba ich usuwać chirurgicznie.

Każda cząstka jest zbudowana z 2 rodzajów krzemu. Razem tworzą one gąbczastą i bardzo ściśliwą strukturę pełną nanoporów. Jej sztywność jest porównywalna do włókien kolagenowych z naszego organizmu, a więc udało nam się stworzyć materiał pasujący do sztywności prawdziwej tkanki - wyjaśnia Yuanwen Jiang.

Materiał stanowi połowę urządzenia elektrycznego, które tworzy się spontanicznie po wstrzyknięciu cząstek krzemu do hodowli, a kiedyś ludzkiego ciała. Cząstka przytwierdza się do komórki, tworząc interfejs z błoną komórkową. Błona komórkowa i cząstka tworzą jednostkę, która po oświetleniu krzemu zaczyna generować prąd.

Nie trzeba wstrzykiwać całego urządzenia; wystarczy iniekcja jednego komponentu. Połączenie jednej cząstki z błoną komórkową pozwala na uzyskanie ilości prądu wystarczającej do stymulacji komórki i zmiany jej aktywności. Po osiągnięciu terapeutycznego celu cząstka się naturalnie rozkłada. Jeśli potrzeba kolejnych [sesji] terapii, należy wykonać następny zastrzyk - wyjaśnia João L. Carvalho-de-Souza.

Amerykanie uzyskali cząstki, posługując się nanoodlewaniem. Wyprodukowali formy z ditlenku krzemu, w których znajdowały się drobne kanaliki (nanokable) o średnicy ok. 7 mikrometrów, połączone o wiele mniejszymi mostkami. Do formy wstrzyknięto krzemowodór, który wypełniał pory i kanaliki i rozkładał się do krzemu.

W dalszej kolejności zespół wykorzystał fakt, że mostki są drobne, dlatego większość ich atomów znajduje się na powierzchni i reaguje z tlenem z formy z ditlenku krzemu, dając mostki z utlenionego krzemu. O wiele większe nanokable mają proporcjonalnie o wiele mniej atomów na powierzchni, dlatego są znacznie mniej reaktywne i pozostają głównie krzemowe. Na tym polega piękno nanonauki, która pozwala ci wpływać na skład chemiczny za pomocą manipulowania wielkością obiektów - cieszy się Jiang.

Na końcu forma jest rozpuszczana. Pozostaje pajęczynowaty twór, który składa się z krzemowych nanokabli, połączonych mostkami z utlenionego krzemu (może on wchłaniać wodę i pomagać w zwiększeniu miękkości struktury). Czysty krzem zachowuje zdolność do absorbowania światła.

Podczas testów cząstki dodano do hodowli neuronów i oświetlono. Przepływ prądu do komórek doprowadził do ich aktywacji.

Kolejnym krokiem mają być badania na zwierzętach. Naukowców szczególnie interesuje stymulacja obwodowego układu nerwowego, który przekazuje informacje między ośrodkowym układem nerwowym i narządami. Ponieważ nerwy te znajdują się relatywnie blisko powierzchni, powinny się znajdować w zasięgu bliskiej podczerwieni.

Tianowi marzy się wykorzystanie aktywowanych światłem urządzeń do budowania ludzkich tkanek i sztucznych organów, gdzie za pomocą mocno skupionej wiązki promieni manipulowano by poszczególnymi komórkami. Możliwość osiągnięcia tego bez inżynierii genetycznej jest fascynująca.

« powrót do artykułu