Ученые «вырастили» электроды внутри рыбы

Безопасная интеграция электроники с организмом — это ключ к проведению многих важных биологических исследований, созданию новых методов лечения болезней и новых поколений интерфейсов «мозг — машина». Однако это непростая задача, особенно при использовании современной микроэлектроники, которая опирается на жесткие структуры из кремния и металлических проводников. Соединить их с подвижной живой тканью исключительно сложно.

Поэтому ученые из шведского Линчёпингского университета пошли другим путем и обратились к использованию гибких, биосовместимых проводящих материалов. Такие электроды не изготавливают заранее, чтобы затем имплантировать их в организм. Вместо этого их инъецируют в виде геля, который содержит все нужные компоненты, а уже оказавшись в нужной ткани, они собираются в работающие проводники. Технологию с успехом испытали на червях и рыбах. Об этом Магнус Бергген (Magnus Berggren) и его коллеги сообщили в статье, опубликованной в журнале Science.

Приготовленный учеными гель содержит белки, способные собираться в проводящие электричество структуры. Кроме того, в нем имеются ферменты-оксидазы, превращающие сахара (глюкозу или лактозу) в пероксид водорода, а также перкосидаза, которая утилизирует этот пероксид и выступает катализатором самосборки полимерных электродов. Таким образом, процесс не требует введения дополнительных химических веществ или подачи заряда: он запускается в присутствии сахаров, которые есть в любом живом организме. Готовые структуры приобретают синий цвет, позволяющий отследить их формирование.

Работоспособность такого геля ученые показали, инъецировав его в разные участки тела рыбок данио-рерио — в сердце, мозг и хвостовой плавник. Реагируя на сахара, присутствующие в живой ткани, белки быстро образовали проводящие структуры, которые были хорошо видны внутри полупрозрачного тела. При этом авторы не заметили никаких побочных эффектов и даже признаков того, что процедура была болезненной. Дополнительные эксперименты провели на пиявках, которых после той же процедуры рассекали, чтобы подавать заряд на белковые электроды. Работа показала, что они эффективно проводят ток и могут стимулировать мускулы червей, вызывая их сокращения.

Теперь авторам предстоит продемонстрировать, что такие проводники остаются стабильными в течение достаточно долгого времени и не теряют своих свойств. Кроме того, исследователи планируют модифицировать состав геля, чтобы самосборка белков запускалась не просто сахарами, а более специфическими маркерами, характерными для разных тканей. Благодаря этому проводники смогут формироваться точно в нужной части организма.