Домой ИИ и технологии Биосовместимые микрочипы впервые дистанционно активируют отдельные клетки с помощью ультразвука

Биосовместимые микрочипы впервые дистанционно активируют отдельные клетки с помощью ультразвука

Новая технология позволяет управлять клеточной активностью через ультразвуковое воздействие на пьезоэлектрические частицы.

Команда исследователей из Барселоны представила инновационные биосовместимые микроструктуры, способные дистанционно воздействовать на отдельные клетки организма. Технология опирается на сочетание ультразвукового излучения и локального электрического поля, позволяя активировать клеточные процессы без использования проводов или инвазивных электродов.

Разработкой занимались специалисты из Автономного университета Барселоны (Universitat Autònoma de Barcelona) и Центра микроэлектроники Барселоны (IMB-CNM-CSIC). Научная работа, детально описывающая принципы действия системы, была опубликована в специализированном издании Small.

Принцип работы: от ультразвука к электричеству

Основой разработки стали микроскопические частицы, размер которых сопоставим с габаритами человеческой клетки или незначительно превышает их (десятки микрометров). В состав этих частиц входит оксид цинка — материал, обладающий выраженным пьезоэлектрическим эффектом. Благодаря этому свойству, при механическом сжатии или деформации частицы способны генерировать локальное электрическое поле.

В качестве триггера выступает ультразвук. Акустические волны высокой частоты беспрепятственно проникают через биологические ткани, что делает этот метод безопасным и применимым в медицинской практике. При прохождении волн через ткани частицы оксида цинка начинают вибрировать, создавая микроскопический электрический импульс непосредственно у мембраны клетки.

Биосовместимые микрочипы впервые дистанционно активируют отдельные клетки с помощью ультразвука
Биосовместимые микрочипы впервые дистанционно активируют отдельные клетки с помощью ультразвука — иллюстрация к материалу. Источник: ixbt.com

Изображение сгенерировано: Nano Banana

Биохимический отклик и результаты экспериментов

Клетка воспринимает воздействие через свои естественные биохимические механизмы. Основным сигнальным путём в данном случае становится изменение концентрации ионов кальция в цитоплазме. Этот «кальциевый сигнал» служит командой для запуска клеточных процессов, будь то изменение функционального состояния или активация деления.

Для проверки эффективности технологии ученые использовали линию клеток костной ткани Saos-2, которые отличаются высокой чувствительностью к электростимуляции. В ходе серии экспериментов исследователям удалось успешно активировать до 58% клеток, подвергшихся воздействию, при условии подбора оптимальных параметров ультразвукового излучения.

Перспективы масштабирования

Главным преимуществом представленного подхода является отсутствие необходимости в физических контактах или имплантируемых электродах. Ультразвук проходит сквозь тело, а частицы выполняют функцию «приемников», преобразующих акустическую энергию в электрическую строго в заданном месте.

Авторы исследования подчеркивают, что предложенные структуры могут быть произведены с помощью стандартных методов современной микроэлектроники. В будущем это позволит масштабировать технологию для решения сложных медицинских задач, требующих высокоточной локальной стимуляции нервных окончаний или восстановления поврежденных тканей.

Источник: https://www.ixbt.com