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I ricercatori delle università di Linköping, Lund e Göteborg in Svezia hanno coltivato con successo elettrodi in tessuti viventi usando le molecole del corpo come fattori scatenanti.
I confini tra biologia e tecnologia stanno diventando sempre più sfumati. “Per diversi decenni, abbiamo cercato di creare un’elettronica che imitasse la biologia. Ora lasciamo che sia la biologia a creare l’elettronica per noi”, afferma il professor Magnus Berggren del Laboratorio di elettronica organica, LOE, dell’Università di Linköping.
Collegare l’elettronica al tessuto biologico è importante per comprendere le complesse funzioni biologiche, combattere le malattie nel cervello e sviluppare future interfacce tra uomo e macchina.
Tuttavia, la bioelettronica convenzionale, sviluppata in parallelo con l’industria dei semiconduttori, ha un design fisso e statico che è difficile, se non impossibile, combinare con i sistemi di segnali biologici viventi.
Per colmare questo divario tra biologia e tecnologia, i ricercatori hanno sviluppato un metodo per creare materiali morbidi, privi di substrato ed elettronicamente conduttivi nei tessuti viventi.
Iniettando un gel contenente enzimi come “molecole di assemblaggio”, i ricercatori sono stati in grado di far crescere elettrodi nel tessuto di pesci zebra e sanguisughe.
“Il contatto con le sostanze del corpo cambia la struttura del gel e lo rende elettricamente conduttivo, cosa che non è prima dell’iniezione. A seconda del tessuto, possiamo anche regolare la composizione del gel per avviare il processo elettrico”, afferma Xenofon Strakosas, ricercatore presso LOE e Lund University e uno dei principali autori dello studio.
Le molecole endogene del corpo sono sufficienti per innescare la formazione di elettrodi. Non c’è bisogno di modificazioni genetiche o segnali esterni, come la luce o l’energia elettrica, che è stata necessaria in esperimenti precedenti. I ricercatori svedesi sono i primi al mondo a riuscirci.
Il loro studio apre la strada a un nuovo paradigma in bioelettronica. Dove in precedenza ci volevano oggetti fisici impiantati per avviare processi elettronici nel corpo, l’iniezione di un gel viscoso sarà sufficiente in futuro.
Nel loro studio, i ricercatori dimostrano inoltre che il metodo può indirizzare il materiale conduttore elettronicamente a specifiche sottostrutture biologiche e quindi creare interfacce adeguate per la stimolazione nervosa.
A lungo termine, potrebbe essere possibile la fabbricazione di circuiti elettronici completamente integrati negli organismi viventi.
Negli esperimenti condotti presso l’Università di Lund, il team ha raggiunto con successo la formazione di elettrodi nel cervello, nel cuore e nelle pinne caudali del pesce zebra e intorno al tessuto nervoso delle sanguisughe.
Gli animali non sono stati danneggiati dal gel iniettato e non sono stati influenzati dalla formazione dell’elettrodo. Una delle tante sfide in questi studi è stata quella di prendere in considerazione il sistema immunitario degli animali.
“Apportando modifiche intelligenti alla chimica, siamo stati in grado di sviluppare elettrodi che sono stati accettati dal tessuto cerebrale e dal sistema immunitario. Il pesce zebra è un modello eccellente per lo studio degli elettrodi organici nel cervello”, afferma il professor Roger Olsson presso la Facoltà di Medicina dell’Università di Lund, che ha anche unlaboratorio di emistry presso l’Università di Göteborg.
È stato il professor Roger Olsson a prendere l’iniziativa per lo studio, dopo aver letto della rosa elettronica sviluppata dai ricercatori dell’Università di Linköping nel 2015.
Un problema di ricerca, e un’importante differenza tra piante e animali, era la differenza nella struttura cellulare. Mentre le piante hanno pareti cellulari rigide che consentono la formazione di elettrodi, le cellule animali sono più simili a una massa morbida.
Creare un gel con una struttura sufficiente e la giusta combinazione di sostanze per formare elettrodi in tale ambiente è stata una sfida che ha richiesto molti anni per essere risolta.
“I nostri risultati aprono la strada a modi completamente nuovi di pensare alla biologia e all’elettronica. Abbiamo ancora una serie di problemi da risolvere, ma questo studio è un buon punto di partenza per la ricerca futura”, afferma Hanne Biesmans, dottoranda presso LOE e uno degli autori principali.
Foto: Thor Balkhed
