อิเล็กโทรดที่เติบโตในสมอง - ปูทางสำหรับการรักษาความผิดปกติทางระบบประสาทในอนาคต

"เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่เราพยายามสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เลียนแบบชีววิทยา ตอนนี้เราปล่อยให้ชีววิทยาสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ให้เรา" ศาสตราจารย์แมกนัส เบิร์กเกรน จากห้องปฏิบัติการสำหรับอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ LOE ที่มหาวิทยาลัยลินเชอปิงกล่าว การเชื่อมโยงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กับเนื้อเยื่อชีวภาพเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจการทำงานทางชีวภาพที่ซับซ้อน ต่อสู้กับโรคในสมอง และพัฒนาส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรในอนาคต อย่างไรก็ตาม ไบโออิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปที่พัฒนาควบคู่ไปกับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ มีการออกแบบที่ตายตัวและคงที่ ซึ่งยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะรวมเข้ากับระบบสัญญาณชีวภาพที่มีชีวิต เพื่อลดช่องว่างระหว่างชีววิทยาและเทคโนโลยี นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการสร้างวัสดุที่อ่อนนุ่ม ปราศจากสารตั้งต้น เป็นตัวนำไฟฟ้าในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต โดยการฉีดเจลที่มีเอ็นไซม์เป็น "โมเลกุลประกอบ" นักวิจัยสามารถปลูกอิเล็กโทรดในเนื้อเยื่อของปลาซีเบฟิชและปลิงที่ใช้รักษาโรคได้ "การสัมผัสกับสารต่างๆ ในร่างกายจะเปลี่ยนโครงสร้างของเจลและทำให้นำไฟฟ้าได้ ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นก่อนการฉีด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเนื้อเยื่อ นอกจากนี้ เรายังสามารถปรับองค์ประกอบของเจลเพื่อให้กระบวนการทางไฟฟ้าดำเนินต่อไป" Xenofon กล่าว Strakosas นักวิจัยจาก LOE และ Lund University และเป็นหนึ่งในผู้เขียนหลักของการศึกษา โมเลกุลภายในร่างกายเพียงพอที่จะกระตุ้นการก่อตัวของอิเล็กโทรด ไม่จำเป็นต้องมีการดัดแปลงพันธุกรรมหรือสัญญาณภายนอก เช่น แสงหรือพลังงานไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นในการทดลองก่อนหน้านี้ นักวิจัยชาวสวีเดนเป็นคนแรกในโลกที่ประสบความสำเร็จในเรื่องนี้ การศึกษาของพวกเขาปูทางไปสู่กระบวนทัศน์ใหม่ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพ ในกรณีที่ก่อนหน้านี้ใช้วัตถุทางกายภาพที่ฝังไว้เพื่อเริ่มกระบวนการทางอิเล็กทรอนิกส์ในร่างกาย การฉีดเจลหนืดจะเพียงพอใน อนาคต ในการศึกษาของพวกเขา นักวิจัยได้แสดงให้เห็นเพิ่มเติมว่าวิธีการนี้สามารถกำหนดเป้าหมายวัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้าไปยังโครงสร้างย่อยทางชีววิทยาที่เฉพาะเจาะจง และด้วยเหตุนี้จึงสร้างส่วนต่อประสานที่เหมาะสมสำหรับการกระตุ้นเส้นประสาท ในระยะยาว การประดิษฐ์วงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบครบวงจรในสิ่งมีชีวิตอาจเป็นไปได้ ในการทดลองที่มหาวิทยาลัยลุนด์ ทีมงานประสบความสำเร็จในการสร้างอิเล็กโทรดในสมอง หัวใจ และครีบหางของปลาม้าลายและรอบๆ เนื้อเยื่อประสาทของปลิงสมุนไพร สัตว์ไม่ได้รับอันตรายจากเจลที่ฉีดเข้าไป และไม่ได้รับผลกระทบจากการก่อตัวของอิเล็กโทรด หนึ่งในความท้าทายมากมายในการทดลองเหล่านี้คือการคำนึงถึงระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์ "ด้วยการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างชาญฉลาด เราสามารถพัฒนาอิเล็กโทรดที่เนื้อเยื่อสมองและระบบภูมิคุ้มกันยอมรับ ซีเบราฟิชเป็นแบบจำลองที่ยอดเยี่ยมสำหรับการศึกษาอิเล็กโทรดอินทรีย์ในสมอง" ศาสตราจารย์โรเจอร์ โอลส์สันแห่งคณะแพทย์กล่าว ที่มหาวิทยาลัยลุนด์ ซึ่งมีห้องปฏิบัติการเคมีที่มหาวิทยาลัยโกเธนเบิร์กด้วย ศาสตราจารย์โรเจอร์ โอลส์สันเป็นผู้ริเริ่มการศึกษานี้ หลังจากที่เขาอ่านเกี่ยวกับกุหลาบอิเล็กทรอนิกส์ที่พัฒนาโดยนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยลินเชอปิงในปี 2558 ปัญหาหนึ่งของการวิจัยและความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพืชและสัตว์คือความแตกต่างของโครงสร้างเซลล์ ในขณะที่พืชมีผนังเซลล์ที่แข็งซึ่งทำให้สามารถสร้างอิเล็กโทรดได้ เซลล์สัตว์มีลักษณะเหมือนมวลที่อ่อนนุ่ม การสร้างเจลที่มีโครงสร้างเพียงพอและส่วนผสมที่เหมาะสมของสารเพื่อสร้างอิเล็กโทรดในสภาพแวดล้อมดังกล่าวเป็นความท้าทายที่ใช้เวลาหลายปีในการแก้ปัญหา Hanne Biesmans นักศึกษาระดับปริญญาเอกของ LOE และหนึ่งในนั้นกล่าวว่า "ผลการวิจัยของเราเปิดโอกาสให้มีแนวคิดใหม่ๆ เกี่ยวกับชีววิทยาและอิเล็กทรอนิกส์ เรายังมีปัญหาหลายอย่างที่ต้องแก้ไข แต่การศึกษานี้เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับการวิจัยในอนาคต" ผู้เขียนหลัก