Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Wetenschappers hebben een geleidende gel laten ontstaan in onder meer het hart en de hersenen van zebravissen.
Bio-elektronica zijn een grote aanwinst voor de geneeskunde. Dankzij de elektrische implantaten kan bijvoorbeeld pijn worden bestreden, hersensignalen worden omgezet in woorden op een computerscherm en ziektes worden gediagnosticeerd. Maar een elektrode daadwerkelijk in het lichaam laten groeien in plaats van voorzichtig in te brengen? Dat is andere koek. Toch kregen onderzoekers van de Linköping en Lund University (Zweden) het voor elkaar. Ze publiceerden erover in Science.
Lees ook:
Van planten naar dieren
Dezelfde onderzoeksgroep, onder leiding van Magnus Berggren, baarde al in 2015 opzien met elektronische rozen. Deze bloemen hebben geïntegreerde elektroden in hun bladeren. Met een druk op de knop veranderen die bladeren van kleur: van groen naar blauwgroen.
Maar dieren zijn een grotere uitdaging. Dat komt doordat diercellen veel zachter zijn dan plantencellen en geen celwand hebben. Hierdoor kunnen stoffen vanuit de elektrode zo de cel binnendringen en daar problemen veroorzaken. Zo is er bijvoorbeeld kans op littekenvorming.
Stapelen tot polymeren
Nu komen Berggren en collega’s met een organisch polymeergel dat stroom kan geleiden. De gel bevat geen gevaarlijke stoffen, alleen het broodnodige: de bouwstenen van het polymeer (de monomeren) en een paar enzymen. Zodra de gel wordt geïnjecteerd in het weefsel, beginnen die enzymen hun werk te doen, namelijk het verbruiken van glucose en lactaat, waarbij de monomeren worden gekoppeld tot de geleidende polymeren.
Het team testte het idee bij zebravissen, die injecties kregen in hun hart, hersenen en staartvinnen, en bij medicinale bloedzuigers. Bij beide beesten bleken er elektroden (van polymeren) tussen hun zenuwen te groeien. Ze ondervonden overigens geen schade van de ingreep en gedroegen zich normaal.
Medische implantaten
Volgens Berggren en zijn team kennen de bio-elektroden nog wel wat beperkingen. Zo zijn er voor de stroomgeleiding nu nog metalen geïmplanteerde elektrodeplaatjes nodig om contact te maken met de gel. Het liefst wordt dit in de toekomst draadloos. Ook is het de vraag hoe de bio-elektrode zich houdt bij chronisch gebruik. Wordt hij na verloop van tijd afgebroken door het lichaam en ontstaan daarbij schadelijke bijproducten?
Genoeg vragen dus, maar als daar goede antwoorden op komen, dan liggen er mooie toepassingen voor medische implantaten het verschiet, zo denkt bio-elektronica-onderzoeker Wouter Serdijn van de TU Delft. “Met deze nieuwe technologie zou het mogelijk zijn om elektroden op moeilijk (chirurgisch) bereikbare te laten groeien en deze te verbinden met makkelijker bereikbare plekken. Op deze laatste plekken kan dan middels een eenvoudige operatie de rest van de benodigde elektronica geplaatst worden.”
De onderzoekers gaan nog een stap verder en denken dat de studie een opstap is die ‘de weg baant voor de volledige integratie van in levend weefsel gemaakte elektronica’. “Dit is onjuist”, stelt Serdijn. “Elektroden zijn een soort stekkers; ze maken alleen elektrisch contact. Voor volledig implanteerbare elektronica heb je ook transistoren nodig, die de zenuwen stimuleren, de zenuwsignalen versterken en die vervolgens doorgeven. Voor zover ik weet heeft nog niemand transistoren in weefsel gegroeid. Dus zijn er voor volledig geïntegreerde elektronica nog steeds chips of dunne-film-technologie nodig.”
Bronnen: Science, Linköping University via EurekAlert! AAAS via EurekAlert!
Beeld: Thor Balkhed