Zrobili tatuaż ze złota na żywych komórkach. Dlaczego to ważne?
Nowa technika tatuowania złotem na żywej tkance jest krokiem w kierunku zintegrowania ludzkich komórek z urządzeniami elektronicznymi.
Naukowcy wykonali ten naprawdę niezwykły „tatuaż” w oparciu o technikę „litografii nanoimprintowej”. Wydrukowali żywe komórki fibroblastów zarodka myszy z naniesionymi na nie wzorami ze złota. Jak twierdzą, to naprawdę znaczący, choć dopiero pierwszy krok w kierunku dodania bardziej złożonych obwodów.
Według zespołu naukowców, którzy opracowali technikę wykonywania tych niezwykłych tatuaży, pracujących pod kierownictwem profesora chemii i inżynierii biomolekularnej Davida Graciasa z Uniwersytetu Johna Hopkinsa w USA, może ona mieć mnogie i niesamowite zastosowania medyczne.
Jak mówi profesor Gracias:
Jeśli wyobrazisz sobie, dokąd to wszystko zmierza w przyszłości, chcielibyśmy mieć czujniki do zdalnego monitorowania i kontrolowania stanu poszczególnych komórek i środowiska otaczającego te komórki w czasie rzeczywistym. Gdybyśmy dysponowali technologiami do śledzenia stanu zdrowia izolowanych komórek, moglibyśmy diagnozować i leczyć choroby znacznie wcześniej i nie czekać, aż cały organ zostanie uszkodzony.
Co to jest litografia nanoimprintowa?
Gracias i jego zespół oparli swoją technikę na litografii nanoimprintowej, której działanie jest naprawdę dobrze odzwierciedlone przez jej nazwę. Naukowcy dosłownie bowiem użyli specyficznego stempla do odciskania wzorów w nanoskali w materiale biologicznym. W tym przypadku materiałem było złoto. Następnie, niczym nadruk przygotowany do naniesienia na tkaninę, gotowy wzór został przeniesiony na żywą tkankę, do której trwale przylgnął.
Przeczytaj także:
- Te obiekty były zagadką astronomii przez 100 lat. Czym są magnetary?
- Czy myszy naprawdę lubią ser? Obalamy kolejną porcję naukowych mitów
- Oddali sparaliżowanej kobiecie głos. Wykorzystali mikroczip w mózgu i technologię z The Last of Us
Odpowiedni wzór ze złota został najpierw wydrukowany na płytce krzemowej pokrytej polimerem. Następnie polimer ten został rozpuszczony, aby wzór mógł zostać przeniesiony na cienką warstwę szkła. Tam, został poddany działaniu związku biologicznego o nazwie cysteamina i pokryty hydrożelem.
W następnej kolejności wzór został usunięty ze szkła i potraktowany żelatyną, a później przeniesiony do komórek fibroblastów. Na koniec hydrożel został rozpuszczony. Wspomniana cysteamina i żelatyna umożliwiły złotu utworzenie trwałego wiązania z komórką, na której pozostało i poruszało się wraz z nią przez 16 godzin.
Tę samą technikę wykorzystywano już wcześniej np. do przymocowania złotych nanodrucików do mózgów szczurów we wcześniejszych badaniach. Jednak teraz, użycie fibroblastów, według naukowców, stanowi o wiele bardziej ekscytujące osiągnięcie. Inżynierowie już od pewnego czasu szukają sposobu na integrację elementów elektronicznych z biologicznymi tkankami u żywych organizmów. Póki co, zamiast spektakularnych osiągnięć na horyzoncie są wyzwania, za którymi kryją się kolejne przeszkody.
Jedną z największych jest zwyczajna niekompatybilność żywych tkanek z elektroniką tworzoną przy użyciu technik produkcyjnych, które nigdy nie były pomyślane jako sposób na wytwarzanie czegoś, co ma współgrać z biologicznymi strukturami. Co prawda istnieją sposoby na tworzenie bardzo małych i elastycznych podzespołów, a nawet całych urządzeń, ale często wykorzystują one szkodliwe dla żywych tkanek chemikalia, wysokie temperatury lub próżnię.
Mimo to zastosowana technika litografii w nano skali jest obiecująca. Jest ona bowiem stosunkowo prosta i tania. Oprócz tego przed korzystającymi z niej badaczami są naprawdę obiecujące perspektywy, ponieważ w dalszej kolejności mogą oni opracować bardziej skomplikowane elementy elektroniki, takie jak elektrody, anteny i obwody, które w przyszłości będą mogły być zintegrowane nie tylko z żywymi tkankami, ale także z rozmaitymi hydrożelami i innymi miękkimi materiałami, które są niekompatybilne z trudniejszymi metodami wytwarzania.
Jak tłumaczy wspomniany profesor Gracias:
Wykazaliśmy, że możemy dołączyć złożone nanoprotezy do żywych komórek, zapewniając jednocześnie, że komórka nie umrze. Spodziewamy się, że proces nanoprofilowania, w połączeniu z różnymi klasami materiałów i standardowymi technikami mikrofabrykacji, takimi jak fotolitografia i litografia wiązką elektronów. To otworzy możliwości rozwoju nowych podłoży do hodowli komórkowych, materiałów biohybrydowych, urządzeń bionicznych i biosensorów.
