خالکوبی طلایی سلولهای زنده؛ گامی نو به سوی ادغام ابزارهای هوشمند با بافتهای بدن
پژوهشگران دانشگاه جانز هاپکینز روشی ابداع کردهاند که امکان اتصال آرایههای انعطافپذیر از نانوساختارهای طلا به سلولهای زنده را فراهم میکند؛ فناوریای که میتواند راه را برای توسعه حسگرها و تجهیزات هوشمند زیستی در آینده هموار سازد.
به گزارش مدرنمد به نقل از mddionline، محققان دانشگاه جانز هاپکینز موفق به توسعه فناوری جدیدی شدهاند که با استفاده از آرایههای انعطافپذیر از «نانونقاط و نانوسیمهای طلا»، امکان نصب مستقیم تجهیزات الکترونیکی یا عناصر نوری روی سلولها و بافتهای زنده را فراهم میکند. این فناوری که از آن با عنوان «خالکوبی الکترونیکی سلولها» یاد میشود، میتواند در آینده زمینهساز نسل جدیدی از تجهیزات پزشکی هوشمند برای پایش و درمان بیماریها در سطح سلولی باشد.
در این روش، آرایههای بسیار ظریف طلا همانند یک خالکوبی انعطافپذیر روی سطح سلولهای زنده قرار میگیرند و به دلیل سازگاری با ساختار مرطوب و نرم سلول، بدون ایجاد آسیب به آن متصل میشوند.
دیوید گراسیاس، استاد مهندسی شیمی و زیستمولکولی دانشگاه جانز هاپکینز و سرپرست این پژوهش، گفت: «اگر بتوانیم سلامت سلولهای منفرد را بهطور مداوم رصد کنیم، احتمال دارد بیماریها را بسیار زودتر از زمانی که به یک عضو آسیب جدی وارد میشود، تشخیص داده و درمان کنیم.»
نخستین گام برای نصب حسگر روی سلولهای زنده
به گفته پژوهشگران، این فناوری ادامه تحقیقات پیشین در زمینه اتصال نانوساختارها به پوست انسان و اندامهای داخلی حیوانات با استفاده از هیدروژلها است. اکنون برای نخستین بار امکان اتصال مستقیم نانوسیمها و نانونقاط به سلولهای منفرد فراهم شده و این موضوع مسیر توسعه حسگرهای نوری و تجهیزات الکترونیکی سازگار با محیط زیستی سلولها را هموار میکند.
گراسیاس در اینباره اظهار کرد: «ما در حال نصب چیزی شبیه یک خالکوبی الکترونیکی روی موجودی زندهای هستیم که دهها برابر کوچکتر از سر یک سنجاق است. این نخستین گام برای اتصال حسگرها و مدارهای الکترونیکی به سلولهای زنده محسوب میشود.»
استفاده از طلا برای انتقال دقیق سیگنال
در این پروژه، محققان از طلا به دلیل هدایت الکتریکی بالا و جلوگیری از افت یا اعوجاج سیگنال استفاده کردند. نانوساختارهای طلا روی سلولهای فیبروبلاست ــ سلولهایی که نقش مهمی در تولید و حفظ بافتهای بدن دارند ــ قرار گرفتند.
پژوهشگران با بهرهگیری از فناوری نانوایمپریت لیتوگرافی (Nanoimprint Lithography)، الگوهایی از خطوط و نقاط طلایی در مقیاس نانو را روی یک بستر سیلیکونی ایجاد کردند. سپس این آرایهها با استفاده از لایههای هیدروژلی و ژلاتینی به سلولهای زنده منتقل شدند و پس از حذف هیدروژل، نانوساختارهای طلا روی سطح سلول باقی ماندند.
نتایج امیدوارکننده آزمایشها
نتایج آزمایشها نشان داد این آرایههای طلایی از سازگاری زیستی (Biocompatibility) مناسبی برخوردار هستند و میتوانند جهت حرکت و مهاجرت سلولها را هدایت کنند. همچنین این ساختارها توانستند حتی هنگام حرکت سلولها، تا ۱۶ ساعت روی سطح آنها باقی بمانند.
محققان علاوه بر سلولهای منفرد، این فناوری را روی لایههایی از سلولهای فیبروبلاست و همچنین بافت مغز موش نیز آزمایش کردند و نتایج موفقیتآمیزی به دست آوردند.
کاربردهای آینده در پزشکی هوشمند
به گفته تیم تحقیقاتی، این روش علاوه بر نصب حسگرهای زیستی، قابلیت اتصال الکترودها، آنتنها، مدارهای الکترونیکی و سایر اجزای نانومقیاس به هیدروژلها و بافتهای زنده را نیز دارد و از نظر هزینه نیز مقرونبهصرفه است.
پژوهشگران اعلام کردند در مرحله بعدی تحقیقات، قصد دارند مدارهای الکترونیکی پیچیدهتر و ماندگارتری را روی سلولها نصب کنند و این فناوری را روی انواع مختلف سلولهای بدن مورد ارزیابی قرار دهند.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی Nano Letters منتشر شده است و میتواند مسیر توسعه نسل آینده تجهیزات پزشکی هوشمند، سامانههای تشخیص زودهنگام بیماری و درمانهای هدفمند در سطح سلولی را هموار کند.
