Wissenschaftler verbinden Biologie und Technologie durch 3D-Druck von Elektronik in lebenden Würmern

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Wege zu finden, Elektronik in lebendes Gewebe zu integrieren, könnte für alles von entscheidender Bedeutung sein Gehirnimplantate zu neuen medizinischen Technologien. Ein neuer Ansatz hat gezeigt, dass es möglich ist, Schaltkreise in lebende Würmer in 3D zu drucken.

Es besteht ein wachsendes Interesse daran, Wege zu finden, Technologie enger mit dem menschlichen Körper zu integrieren, insbesondere wenn es darum geht, Elektronik mit dem Nervensystem zu verbinden. Dies wird für die Zukunft entscheidend sein Gehirn-Maschine-Schnittstellen und könnte auch verwendet werden, um eine Vielzahl von neurologischen Erkrankungen zu behandeln.

Aber zum größten Teil hat es sich als schwierig erwiesen, diese Art von Verbindungen auf nicht-invasive, langlebige und effektive Weise herzustellen. Die starre Natur der Standardelektronik bedeutet, dass sie sich nicht gut mit der matschigen Welt der Biologie vermischen, und sie überhaupt erst in den Körper zu bekommen, kann riskante chirurgische Eingriffe erfordern.

Ein neuer Ansatz setzt stattdessen auf laserbasierte 3D Druck um flexible, leitfähige Drähte im Körper wachsen zu lassen. In einer kürzlichen Papier in Fortschrittliche Materialtechnologien, zeigten die Forscher, dass sie mit diesem Ansatz stern- und quadratförmige Strukturen im Körper mikroskopisch kleiner Würmer erzeugen können.

„Hypothetisch wird es möglich sein, ziemlich tief in das Gewebe hinein zu drucken“, sagt John Hardy von der Lancaster University, der die Studie leitete. sagte New Scientist. „Im Prinzip könnte man also bei einem Menschen oder einem anderen größeren Organismus etwa 10 Zentimeter hineindrucken.“

Der Ansatz der Forscher beinhaltet einen hochauflösenden Nanoscribe-3D-Drucker, der einen Infrarotlaser abfeuert, der eine Vielzahl von lichtempfindlichen Materialien mit sehr hoher Präzision aushärten kann. Sie stellten auch eine maßgeschneiderte Tinte her, die das leitende Polymer Polypyrrol enthält, von dem frühere Forschungen gezeigt hatten, dass es verwendet werden könnte, um Zellen in lebenden Tieren elektrisch zu stimulieren.

Um zu beweisen, dass das Schema das primäre Ziel der Verbindung mit lebenden Zellen erreichen könnte, druckten die Forscher zunächst Schaltungen in ein Polymergerüst und platzierten das Gerüst dann auf einem Stück Maushirngewebe, das in einer Petrischale am Leben erhalten wurde. Dann leiteten sie einen Strom durch den flexiblen elektronischen Schaltkreis und zeigten, dass er die erwartete Reaktion in den Gehirnzellen der Maus hervorrief.

Das Team beschloss dann zu demonstrieren, dass der Ansatz verwendet werden könnte, um leitfähige Schaltkreise in ein Lebewesen zu drucken, was bisher noch nicht erreicht worden war. Die Forscher entschieden sich für den Spulwurm C. elegans aufgrund seiner Empfindlichkeit gegenüber Hitze, Verletzungen und Austrocknung, was ihrer Meinung nach einen strengen Test für die Sicherheit des Ansatzes darstellen würde.

Zuerst musste das Team seine Tinte anpassen, um sicherzustellen, dass sie für die Tiere nicht giftig war. Sie mussten es dann in die Würmer bringen, indem sie es mit der Bakterienpaste mischten, mit der sie gefüttert wurden.

Sobald die Tiere die Tinte aufgenommen hatten, wurden sie unter den Nanoscribe-Drucker gelegt, der verwendet wurde, um quadratische und sternförmige Formen mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern auf der Haut der Würmer und in ihren Eingeweiden zu erzeugen. Die Formen kamen jedoch im sich bewegenden Darm nicht richtig heraus, geben die Forscher zu, weil er sich ständig bewegte.

Die in die Körper der Würmer gedruckten Formen hatten keine Funktion. Aber Ivan Minev von der University of Sheffield erzählte New Scientist Der Ansatz könnte es eines Tages ermöglichen, Elektronik zu bauen, die mit lebendem Gewebe verflochten ist, obwohl es noch erheblicher Arbeit bedürfen würde, bevor er beim Menschen anwendbar wäre.

Die Autoren räumen auch ein, dass die Anpassung des Ansatzes für biomedizinische Anwendungen erhebliche weitere Forschung erfordern würde. Langfristig glauben sie jedoch, dass ihre Arbeit maßgeschneiderte Gehirn-Maschine-Schnittstellen für medizinische Zwecke, zukünftige Neuromodulationsimplantate und Virtual-Reality-Systeme ermöglichen könnte. Es könnte auch ermöglichen, bioelektronische Implantate im Körper einfach zu reparieren.

All das ist wahrscheinlich noch ein langer Weg von der Realisierung, aber der Ansatz zeigt das Potenzial der Kombination von 3D-Druck mit flexibler, biokompatibler Elektronik, um die Welt der Biologie und Technologie zu verbinden.

Bild-Kredit: Kbradnam/Wikimedia Commons