I ricercatori delle Università svedesi di Linköping, Lund e Göteborg sono riusciti a coltivare elettrodi in tessuti viventi utilizzando le molecole del corpo come inneschi. Il risultato, pubblicato nella rivista Science, apre la strada alla formazione di circuiti elettronici completamente integrati negli organismi viventi.
Magnus Berggren del Laboratorio di elettronica organica, LOE, dell’Università di Linköping, ha affermato:
«Per diversi decenni, abbiamo cercato di creare elettronica che imitasse la biologia. Ora lasciamo che la biologia crei l’elettronica per noi».
Collegare l’elettronica al tessuto biologico è importante per comprendere complesse funzioni biologiche, combattere le malattie nel cervello e sviluppare interfacce future 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, da combinare con i sistemi di segnali biologici viventi.
Materiale conduttivo
I ricercatori per colmare questo divario tra biologia e tecnologia, 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”, sono stati in grado di far crescere elettrodi nel tessuto di zebrafish e sanguisughe medicinali.
Xenofon Strakosas, ricercatore presso LOE e Lund University, uno dei principali autori dello studio, ha detto:
«Il contatto con le sostanze del corpo cambia la struttura del gel e lo rende elettricamente conduttivo, elemento che non avviene prima dell’iniezione, a seconda del tessuto, possiamo anche regolare la composizione del gel per far funzionare il processo elettrico».
Le molecole endogene del corpo sono sufficienti per innescare la formazione di elettrodi, non c’è bisogno di modifiche genetiche o segnali esterni, come la luce o l’energia elettrica, che sono stati necessari in esperimenti precedenti. I ricercatori svedesi sono i primi al mondo a riuscirci.
Il loro studio apre la strada a un nuovo paradigma nella bioelettronica, dove prima erano necessari oggetti fisici impiantati per avviare processi elettronici nel corpo, in futuro sarà sufficiente l’iniezione di un gel viscoso.
Completamente integrato
I ricercatori nel loro studio hanno dimostrato che il metodo può indirizzare il materiale conduttore elettronico a specifiche sottostrutture biologiche, quindi creare interfacce adatte per la stimolazione nervosa. Ciò a lungo termine, potrebbe rendere possibile la fabbricazione di circuiti elettronici completamente integrati negli organismi viventi.
Il team di ricercatori negli esperimenti condotti presso l’Università di Lund, sono riusciti a ottenere la formazione di elettrodi nel cervello, nel cuore e nelle pinne caudali del pesce zebra e attorno al tessuto nervoso delle sanguisughe medicinali. Gli animali non sono stati danneggiati dal gel iniettato e non sono stati altrimenti influenzati dalla formazione dell’elettrodo: tenere conto del sistema immunitario degli animali è stata una delle tante sfide in questo studio.
Roger Olsson della Facoltà di Medicina presso l’Università di Lund, ha anche un laboratorio di chimica presso l’Università di Göteborg, ha affermato:
«Apportando modifiche intelligenti alla chimica, siamo stati in grado di sviluppare elettrodi accettati dal tessuto cerebrale e dal sistema immunitario. Il pesce zebra è un modello eccellente per lo studio degli elettrodi organici nel cervello».
Molti anni di lavoro
È stato il professor Roger Olsson a prendere l’iniziativa per lo studio, collegandolo alla Rosa bionica creata nel 2015 dai ricercatori dell‘Università di Linköping, con sottilissimi filamenti di polimeri capaci di crescere all’interno della rete dei vasi linfatici senza danneggiarli. Il suo problema di Roger Olsson nel corso dello studio, un’importante diversità 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. La creazione di un gel con una struttura sufficiente e la giusta combinazione di sostanze per formare elettrodi in tali ambienti, è stata una sfida che ha richiesto molti anni per essere risolta.
Hanne Biesmans, del Laboratorio di elettronica organica, LOE, tra i principali autori dello studio, in conclusione ha detto:
«I nostri risultati aprono a metodi 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».