Un cocktail di gel utilizza gli zuccheri del corpo per "far crescere" gli elettrodi nei pesci vivi

Un nuovo gel iniettabile (nella foto) può reagire con gli zuccheri del corpo per “far crescere” un elettrodo all'interno del tessuto vivente, come dimostra uno studio condotto sul pesce zebra.

THOR BALKHED

Di Simon Makin

23 febbraio 2023 alle 16:25

Per la prima volta, i ricercatori hanno sfruttato la chimica del corpo per “far crescere” elettrodi all'interno dei tessuti dei pesci vivi, offuscando il confine tra biologia e macchine.

Gli esperimenti mostrano che la tecnica utilizza gli zuccheri del corpo per trasformare un gel iniettato in un elettrodo flessibile senza danneggiare i tessuti. I pesci zebra con questi elettrodi coltivati ​​nel cervello, nel cuore e nelle pinne caudali non hanno mostrato segni di effetti negativi, e quelli testati nelle sanguisughe hanno stimolato con successo un nervo, riferiscono i ricercatori su Science del 24 febbraio.

Un giorno, questi elettrodi potrebbero essere utili per applicazioni che vanno dallo studio del funzionamento dei sistemi biologici al miglioramento delle interfacce uomo-macchina. Potrebbero anche essere utilizzati nella “medicina bioelettronica”, come le terapie di stimolazione cerebrale per la depressione, il morbo di Parkinson e altre condizioni (SN: 10/02/19).

L’elettronica morbida mira a colmare il divario tra la biologia morbida e sinuosa e l’hardware elettronico. Ma questi dispositivi elettronici in genere devono ancora contenere alcune parti che possono essere soggette a crepe e altri problemi e l’inserimento di questi dispositivi provoca inevitabilmente danni ai tessuti.

“Tutti i dispositivi che abbiamo realizzato, anche se li abbiamo resi flessibili, per renderli più morbidi, quando li introdurremo, ci sarà ancora una cicatrice. È come conficcare un coltello in un organo", afferma Magnus Berggren, scienziato dei materiali presso l'Università di Linköping in Svezia. Tali cicatrici e infiammazioni possono ridurre le prestazioni degli elettrodi nel tempo.

I precedenti sforzi per far crescere l’elettronica morbida all’interno dei tessuti presentano degli inconvenienti. Un approccio utilizza segnali elettrici o chimici per alimentare la trasformazione dal brodo chimico agli elettrodi conduttori, ma anche queste scariche causano danni. Uno studio del 2020 ha aggirato questo problema modificando geneticamente le cellule dei vermi per produrre un enzima ingegnerizzato che svolge il lavoro, ma il nuovo metodo raggiunge i suoi risultati senza alterazioni genetiche.

Gli elettrodi di Berggren e colleghi sfruttano invece una fonte di energia naturale già presente nell'organismo: gli zuccheri. Il cocktail di gel contiene molecole chiamate ossidasi che reagiscono con gli zuccheri – glucosio o lattato – per produrre perossido di idrogeno. Ciò attiva quindi un altro ingrediente nel cocktail, un enzima chiamato perossidasi di idrogeno, che è il catalizzatore necessario per trasformare il gel in un elettrodo conduttore.

"L'approccio sfrutta la chimica elegante per superare molte delle sfide tecniche", afferma l'ingegnere biomedico Christopher Bettinger della Carnegie Mellon University di Pittsburgh, che non è stato coinvolto nello studio.

Per testare la tecnica, i ricercatori hanno iniettato il cocktail nel cervello, nel cuore e nelle pinne caudali di un pesce zebra trasparente. Il gel diventa blu quando diventa conduttivo, fornendo una lettura visiva del suo successo.

"La cosa bella è che puoi vederlo: la coda del pesce zebra cambia colore, e sappiamo che il blu indica un polimero conduttore", dice lo scienziato dei materiali Xenofon Strakosas, anche lui dell'Università di Linköping. "La prima volta che l'ho visto, ho pensato 'Wow, funziona davvero!'"

Il pesce sembrava non aver subito effetti negativi e i ricercatori non hanno visto prove di danni ai tessuti. Nelle sanguisughe parzialmente sezionate, il team ha dimostrato che fornire una corrente a un nervo tramite un elettrodo morbido potrebbe indurre contrazioni muscolari. In definitiva, dispositivi come questo potrebbero essere abbinati a varie tecnologie wireless in fase di sviluppo.

Restano tuttavia da determinare le prestazioni dell’impianto a lungo termine. "Le dimostrazioni sono impressionanti", afferma Bettinger. “Ciò che resta da vedere è la stabilità dell’elettrodo”. Con il passare del tempo, le sostanze presenti nel corpo potrebbero reagire con i materiali degli elettrodi, degradandoli o addirittura producendo sostanze tossiche.

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