Έλληνας επιστήμονας πρωτοστατεί σε αυτο-αναπτυσσόμενα βιοηλεκτρονικά στον εγκέφαλο

 

Τα σύνορα ανάμεσα στη βιολογία και στην τεχνολογία γίνονται όλο και πιο ασαφή, κάτι που, μεταξύ άλλων, ανοίγει νέες δυνατότητες στο πεδίο της βιοϊατρικής. Ερευνητές στη Σουηδία, με επικεφαλής έναν Έλληνα της διασποράς, βρήκαν έναν καινοτόμο τρόπο να αναπτύσσουν ηλεκτρόδια μέσα στους ίδιους τους ζωντανούς ιστούς.

Το επίτευγμα αποτελεί σημαντικό βήμα για τη δημιουργία βιοηλεκτρονικών κυκλωμάτων πλήρως ενσωματωμένων στον εγκέφαλο των ανθρώπων, στο νευρικό σύστημα και σε άλλα σημεία του σώματος.

Τα ίδια τα ενδογενή μόρια του σώματος αποδείχτηκαν αρκετά για να πυροδοτήσουν τον σχηματισμό των βιοηλεκτρονικών (ηλεκτροδίων), χωρίς την ανάγκη κάποιας γενετικής τροποποίησης ή εξωτερικών σημάτων όπως το φως ή η ηλεκτρική ενέργεια, κάτι που ήταν αναγκαίο σε προηγούμενα πειράματα.

Οι ερευνητές στη Σουηδία είναι οι πρώτοι στον κόσμο που πέτυχαν κάτι τέτοιο: να εισάγουν μια ουσία σε ένα έμβιο ον και μετά αυτή μόνη της, χρησιμοποιώντας τη χημεία του σώματος, να μεταμορφώνεται σε ένα στερεό αλλά εύκαμπτο αγώγιμο, μη τοξικό και βιοσυμβατό πολυμερές υλικό, κατάλληλο για εμφυτευμένα ηλεκτρονικά.

Οι ερευνητές των πανεπιστημίων Λινκέπινγκ (Εργαστήριο Οργανικών Ηλεκτρονικών), Λουντ και Γκέτεμποργκ, με επικεφαλής τον Ξενοφώντα Στρακόσα και τον καθηγητή Μάγκνους Μπέγκρεν, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science». «Εδώ και αρκετές δεκαετίες προσπαθούσαμε να δημιουργήσουμε ηλεκτρονικά που μιμούνται τη βιολογία. Τώρα αφήσαμε τη βιολογία να δημιουργήσει τα ηλεκτρονικά για μας», δήλωσε ο Μπέγκρεν.

Η σύνδεση των ηλεκτρονικών με τους βιολογικούς ιστούς είναι σημαντική για να κατανοηθούν καλύτερα οι πολύπλοκες βιολογικές λειτουργίες, να καταπολεμηθούν διάφορες ασθένειες του εγκεφάλου και να αναπτυχθούν νέας γενιάς διεπαφές ανάμεσα στον άνθρωπο και στις μηχανές.

Όμως τα συμβατικά βιοηλεκτρονικά που αναπτύσσονται παράλληλα με τη βιομηχανία των ημιαγωγών, έχουν ένα άκαμπτο ηλεκτρονικό υπόστρωμα, καθώς επίσης έναν σταθερό και στατικό σχεδιασμό, με συνέπεια να είναι δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να συνδυαστούν με ζωντανά, δυναμικά και ευαίσθητα βιολογικά συστήματα, προκαλώντας τους φλεγμονή ή τραυματισμό.

Τα νέα οργανικά βιοηλεκτρονικά γεφυρώνουν αυτό το χάσμα μεταξύ του κόσμου της βιολογίας και εκείνου της τεχνολογίας. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή μέθοδο για τη δημιουργία μαλακών, ηλεκτρικά αγώγιμων υλικών μέσα στους ζωντανούς ιστούς. Εγχέοντας μια γέλη από πολυμερές υλικό που περιέχει ένζυμα, τα οποία λειτουργούν ως καταλύτες, κατάφεραν να «καλλιεργήσουν» ηλεκτρόδια μέσα σε ιστούς ζώων, παρακάμπτοντας την ανάγκη για άκαμπτο ηλεκτρονικό υπόστρωμα.

«Η επαφή με τις ουσίες του σώματος αλλάζει τη δομή της γέλης και την καθιστά καλό αγωγό του ηλεκτρισμού, κάτι που δεν ίσχυε πριν την έγχυση. Ανάλογα με τον ιστό, μπορούμε επίσης να προσαρμόσουμε κατάλληλα τη σύνθεση της γέλης, έτσι ώστε να συνεχιστεί η ηλεκτρική διαδικασία», δήλωσε ο Στρακόσας.

Ο Έλληνας ερευνητής είναι απόφοιτος του Τμήματος Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (2003), όπου έκανε επίσης μεταπτυχιακά στη νανοτεχνολογία, ενώ πήρε το διδακτορικό του στη μικροηλεκτρονική από τη γαλλική σχολή Ecole des Mines de Saint-Etienne. Μετά από μεταδιδακτορική έρευνα στο σουηδικό Πανεπιστήμιο του Λινκέπινγκ, σήμερα εργάζεται εκεί και στο Λουντ ως ανώτερος ερευνητής μηχανικός.

Τα πειράματα (σε ζωντανά ψάρια και ιστούς άλλων ζώων) του ίδιου και των συνεργατών του - μεταξύ των οποίων δύο ακόμη Έλληνες της διασποράς, η Ελένη Σταυρινίδου και ο Μάριος Σαββάκης του Λινκέπινγκ – έδειξαν ότι είναι δυνατό να δημιουργηθούν με αυτό τον τρόπο βιο-ηλεκτρόδια στον εγκέφαλο, στην καρδιά και στους μυς των ζώων, χωρίς να προξενηθεί κάποια βλάβη σε αυτά, καθώς τα βιοηλεκτρονικά έγιναν ανεκτά από το ανοσοποιητικό τους σύστημα.

Θα πρέπει πάντως να γίνουν περαιτέρω μελέτες ασφάλειας και σταθερότητας σε βάθος χρόνου για να προσδιοριστεί κατά πόσο η νέα τεχνολογία είναι δυνατό να ενσωματωθεί χωρίς πρόβλημα σε ανθρώπους για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Αν όντως δοθεί το πράσινο φως, τότε οποιοσδήποτε ζωντανός ανθρώπινος ιστός θα μπορεί ουσιαστικά να μετατραπεί σε ηλεκτρονικό, φέρνοντας ποιο κοντά το «πάντρεμα» της έμβιας και της άβιας ύλης, μια εξέλιξη στα όρια της επιστημονικής φαντασίας.

Στο μεταξύ όμως, θα πρέπει να ξεπεραστούν διάφορα πρακτικά προβλήματα, προτού η νέα ουσία δοκιμαστεί σε ανθρώπους, καθώς π.χ. το πολυμερές μέσα στο σώμα είναι μεν άκρως καλός αγωγός του ηλεκτρισμού, αλλά δεν έχει βρεθεί ακόμη τρόπος να συνδέεται με μια εξωτερική πηγή ηλεκτρισμού και έτσι να γίνεται λειτουργική.