Enskild cell kan kopplas till elektroder av plast

Forskare vid Linköpings universitet har lyckats skapa en nära koppling mellan enskilda celler och organisk elektronik. Studien, publicerad i Science Advances, lägger grunden för att på sikt kunna behandla bland annat neurologiska sjukdomar med mycket hög precision.

– Vi skulle kunna rikta in oss på enskilda celler och utforska hur det påverkar deras funktionalitet och förmåga att förbli friska, säger Chiara Musumeci, forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, vid Linköpings universitet.

Hjärnan styrs av elektriska signaler som omvandlas till kemiska substanser i kommunikationen mellan hjärncellerna. Det har länge varit känt att olika delar av hjärnan går att stimulera med hjälp av elektricitet. Men ofta är metoderna grovhuggna och påverkar stora delar av hjärnan. Eller så behövs metallelektroder för att träffa rätt del av hjärnan. Då riskerar den hårda elektroden i stället att skada hjärnvävnaden och orsaka inflammation eller ärrbildning.

En lösning för att kunna behandla specifika delar av hjärnan skulle kunna göras med hjälp av ledande plaster, även kallat polymerer.

– Målet är att kombinera biologiska system med elektroder, specifikt med hjälp av organiska ledande polymerer. I och med att polymererna mjuka och formbara samt kan transportera både elektricitet och joner är de att föredra framför konventionella elektroder, säger Chiara Musumeci.

Tillsammans med forskare vid Karolinska institutet har forskargruppen vid Campus Norrköping lyckats förankra den ledande plasten till enskilda levande cellmembran. Något som öppnar för framtida precisa behandlingar av neurologiska sjukdomar.

– Just nu är våra resultat ganska generella vilket är bra. Då kan vi i fortsättningen utforska vilka typer av sjukdomar den här metoden skulle vara lämplig för. Men det behövs mer forskning innan vi kan säga något med säkerhet, säger Alex Bersellini Farinotti, forskare vid Karolinska institutet.

Tidigare försök att förankra organisk elektronik till cellytor har gjorts. Men då med genetiskt modifierade celler som gör membranen mer mottagliga. I den aktuella studien har forskarna inte använt genmodifierade celler och ändå lyckats få en tät koppling utan att påverka cellens övriga funktioner. Det är första gången.

För att lyckas använde forskarna en tvåstegsprocess där först en förankringsmolekyl används för att skapa en fästpunkt i cellmembranet. I andra änden av molekylen finns en struktur där själva polymerelektroden kan fästa.

Nästa steg i forskningen är att dels att få en mer jämnt fördelad och stabil förankring över membranet, dels att se hur polymerkopplingen beter sig över tid. Hanne Biesmans är doktorand vid LOE och menar att det finns stor potential men också många utmaningar kvar att lösa.

– Vi har tagit ett stort steg framåt nu. Men vi kan inte säga med säkerhet att det kommer att fungera i levande vävnad. Det här är grundforskning där vi nu försöker fundera ut vägen framåt.

Studien finansierades av det Europeiska forskningsrådet ERC, Vetenskapsrådet, Stiftelsen för strategisk forskning, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse samt via den svenska regeringens strategiska satsning på forskning inom avancerade funktionella materiel, AFM, vid Linköpings universitet.

Artikeln: From synthetic vesicles to living cells: Anchoring conducting polymers to cell membrane, Hanne Biesmans, Alex Bersellini Farinotti, Tobias Abrahamsson, Katriann Arja, Caroline Lindholm, Xenofon Strakosas, Jennifer Y. Gerasimov, Daniel T. Simon, Camilla I. Svensson, Chiara Musumeci, Magnus Berggren, Science Advances Vol 10 Issue 50, publicerad online 11 december 2024. DOI: 10.1126/sciadv.adr2882

Kontakt

Chiara Musumeci, forskare, chiara.musumeci@liu.se, 011-36 34 98