「リビングエレクトロニクス」が炎症を起こした皮膚をモニターし治癒する

研究者たちは、生きた細胞、ゲル、そして生きた組織と統合できる電子機器を組み合わせた「リビングバイオエレクトロニクス」と呼ばれるプロトタイプを作成した。

ボジ・ティアンの研究室は長年にわたり、硬くて金属的でかさばる電子機器の世界と、柔らかくて柔軟で繊細な身体の世界を統合する方法を研究してきた。

新しいパッチはセンサー、細菌細胞、デンプンとゼラチンから作られたゲルでできている。マウスを使ったテストでは、このデバイスが継続的に監視し、改善できることがわかった。 乾癬皮膚を刺激することなく、炎症のような症状を引き起こします。

「これは、生きた細胞を治療の一部として取り入れる従来のバイオエレクトロニクスからの架け橋です」と、論文の共同筆頭著者であり、ティアン研究室の元博士課程学生（現在はスタンフォード大学所属）であるジウユン・シー氏は言う。

「15年かけて作り上げてきたものなので、とても興奮しています」とティアン氏は言う。

研究者たちは、この原理が心臓や神経の刺激など、体の他の部分にも応用できることを期待している。

電子機器を人体と組み合わせるのは、常に困難でした。ペースメーカーなどのデバイスは数え切れないほどの生活を改善してきましたが、電子機器はかさばり、硬くなりがちで、刺激を引き起こす可能性があるという欠点もあります。

しかし、ティアンの研究室は、生きた細胞や組織が合成材料とどのように相互作用するかという基本原理の解明に特化しており、これまでの研究には、小さな 光で制御できるペースメーカー 骨インプラントの基礎を形成できる、強固でありながら柔軟性のある材料。

この研究では、新しいアプローチが採用されました。通常、バイオエレクトロニクスは、電子機器自体と、身体への刺激を軽減するための柔らかい層で構成されています。

しかし、ティアンの研究グループは、第三の要素、つまり生きた細胞自体を組み込むことで、新たな能力を追加できるのではないかと考えました。研究グループは、次のような特定の細菌の治癒特性に興味をそそられました。 S.エピデルミディス人間の皮膚に自然に生息する微生物で、炎症を軽減する効果があることがわかっています。

彼らは3つのコンポーネントでデバイスを作成しました。フレームワークは薄くて柔軟な電子回路で、 センサータピオカデンプンとゼラチンから作られた非常に柔らかく、組織自体の構造を模倣したゲルで覆われています。最後に、S. epidermidis 微生物がゲルに詰め込まれています。

この装置を皮膚に当てると、細菌が炎症を抑える化合物を分泌し、センサーが皮膚の温度や湿度などの信号を監視します。

乾癬のような皮膚疾患を起こしやすいマウスを使ったテストでは、症状が大幅に軽減されました。

最初のテストは1週間行われたが、研究者たちは、このシステム（彼らはアクティブ・バイオインテグレーテッド・リビング・エレクトロニクスの略称「ABLEプラットフォーム」と呼んでいる）が半年かそれ以上使用できることを期待している。治療をより便利にするため、この装置は凍結乾燥して保管でき、必要なときに簡単に水分補給できると研究者たちは言う。

治癒効果は微生物によってもたらされるため、「生きた薬のようなもので、補充する必要はありません」と、論文のもう一人の共同筆頭著者であり、現在ティアン研究室の博士課程の学生であるサエヒョン・キム氏は言う。

治療に加えて 乾癬科学者たちは、糖尿病患者の傷の治癒を早めるパッチなどの応用を思い描いている。

彼らはまた、このアプローチを他の組織や細胞の種類にも拡張したいと考えています。「例えば、インスリンを産生する デバイス、あるいはニューロンとインターフェースするデバイスでしょうか？」とティアン氏は言う。「潜在的な用途は数多くあります。」

ティアン氏は、これは約15年前に博士研究員として「サイボーグ組織」の実験を始めた頃から抱いていた目標だと語る。

「それ以来、細胞と物質の相互作用やハイドロゲルの化学と物理学など、基本的な疑問について多くのことを学び、この飛躍を遂げることができました」と彼は言う。「それが現実になるのを見るのは素晴らしいことです。」

「科学の可能性の限界を押し広げることに、私は常に情熱を注いできました」と Shi 氏は言います。「私たちの研究が次世代の電子設計に刺激を与えることができればと思います。」

この研究は 科学。

その他の著者はシカゴ大学、ラトガース大学、コロンビア大学のものです。

研究者らはシカゴ大学のソフトマター特性評価施設とプリツカーナノファブリケーション施設を利用した。また、同技術の商業化に向けてポルスキー起業・イノベーションセンターとも協力している。

この研究の資金は、米国陸軍研究局、国立科学財団、チャン・ザッカーバーグ・バイオハブ加速プログラム、シカゴ大学のスタートアップ助成金、ラトガース大学のスタートアップ助成金から提供された。

ソース： シカゴ大学