Levende bio-elektronica:slimme huidsensoren die detecteren en genezen

Universiteit van Chicago, Illinois

Jiuyun Shi heeft een klein apparaatje in zijn hand dat hij en een team van wetenschappers van de Universiteit van Chicago hebben uitgevonden en dat levende cellen, gel en sensoren integreert om ‘levende bio-elektronica’ te creëren om de huid te genezen. (Afbeelding:Jiuyun Shi en Bozhi Tian)

Jarenlang heeft het laboratorium van professor Bozhi Tian geleerd hoe de wereld van de elektronica – stijf, metaalachtig, omvangrijk – kan worden geïntegreerd met de wereld van het lichaam – zacht, flexibel en delicaat.

In hun nieuwste werk hebben ze een prototype gemaakt voor wat zij ‘levende bio-elektronica’ noemen – een combinatie van levende cellen, gel en elektronica die kan worden geïntegreerd met levend weefsel.

De pleisters zijn gemaakt van sensoren, bacteriecellen en een gel gemaakt van zetmeel en gelatine. Uit tests bij muizen bleek dat de apparaten voortdurend psoriasisachtige symptomen konden monitoren en verbeteren, zonder de huid te irriteren.

“Dit is een brug naar de traditionele bio-elektronica, waarbij levende cellen worden gebruikt als onderdeel van de therapie”, zegt Jiuyun Shi, de co-eerste auteur van het artikel en voormalig Ph.D. student in het laboratorium van Tian (nu bij Stanford University).

“We zijn erg enthousiast omdat er al anderhalf decennium aan gewerkt wordt”, aldus Tian.

De onderzoekers hopen dat de principes ook kunnen worden toegepast op andere delen van het lichaam, zoals cardiologische of neurale stimulatie. Het onderzoek is gepubliceerd in Science.

Het koppelen van elektronica aan het menselijk lichaam is altijd moeilijk geweest. Hoewel apparaten zoals pacemakers talloze levens hebben verbeterd, hebben ze hun nadelen; elektronica is vaak omvangrijk en stijf en kan irritatie veroorzaken.

Maar het laboratorium van Tian is gespecialiseerd in het blootleggen van de fundamentele principes achter de interactie van levende cellen en weefsel met synthetische materialen; hun eerdere werk omvatte onder meer een kleine pacemaker die kan worden aangestuurd met lichte en sterke maar flexibele materialen die de basis zouden kunnen vormen voor botimplantaten.

In dit onderzoek kozen ze voor een nieuwe aanpak. Normaal gesproken bestaat bio-elektronica uit de elektronica zelf, plus een zachte laag om ze minder irriterend voor het lichaam te maken.

Maar de groep van Tian vroeg zich af of ze nieuwe mogelijkheden konden toevoegen door een derde component te integreren:de levende cellen zelf. De groep was geïntrigeerd door de genezende eigenschappen van bepaalde bacteriën zoals S. epidermidis, een microbe die van nature op de menselijke huid leeft en waarvan is aangetoond dat deze ontstekingen vermindert.

Een flinterdunne pleister bevat een flexibel elektronisch circuit, een gel gemaakt van tapiocazetmeel en gelatine, en vriendelijke bacteriën die huidaandoeningen helpen behandelen. (Afbeelding:Jiuyun Shi en Bozhi Tian)

Ze creëerden een apparaat met drie componenten. Het raamwerk is een dun, flexibel elektronisch circuit met sensoren. Het is bedekt met een gel gemaakt van tapiocazetmeel en gelatine, die ultrazacht is en de samenstelling van het weefsel zelf nabootst. Tenslotte S. epidermidis microben zitten in de gel.

Wanneer het apparaat op de huid wordt geplaatst, scheiden de bacteriën verbindingen af die ontstekingen verminderen, en de sensor controleert de huid op signalen zoals huidtemperatuur en vochtigheid.

Uit tests met muizen die vatbaar waren voor psoriasisachtige huidaandoeningen bleek een significante vermindering van de symptomen.

Hun eerste tests duurden een week, maar de onderzoekers hopen dat het systeem, dat zij het ABLE-platform noemen, voor Active Biointegrated Living Electronics, een half jaar of langer kan worden gebruikt. Om de behandeling gemakkelijker te maken, zeiden ze, kan het apparaat worden gevriesdroogd voor opslag en gemakkelijk worden gerehydrateerd wanneer dat nodig is.

Omdat de genezende effecten door microben worden geleverd, “is het net een levend medicijn – je hoeft het niet bij te vullen”, zegt Saehyun Kim, de andere co-eerste auteur van het artikel en momenteel gepromoveerd. student in het laboratorium van Tian.

Naast de behandeling van psoriasis kunnen de wetenschappers ook toepassingen bedenken zoals pleisters om de wondgenezing bij patiënten met diabetes te versnellen.

Ze hopen ook de aanpak uit te breiden naar andere weefseltypen en celtypen. “Kun je bijvoorbeeld een insulineproducerend apparaat maken, of een apparaat dat communiceert met neuronen?” zei Tian. “Er zijn veel potentiële toepassingen.”

Neem voor meer informatie contact op met Laurie Fickman op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; 713-743-8454.