Bioelectrónica viva:sensores cutáneos inteligentes que detectan y curan

Universidad de Chicago, IL

Jiuyun Shi sostiene un pequeño dispositivo que él y un equipo de científicos de la Universidad de Chicago inventaron y que integra células vivas, gel y sensores para crear "bioelectrónica viva" para curar la piel. (Imagen:Jiuyun Shi y Bozhi Tian)

Durante años, el laboratorio del profesor Bozhi Tian ha estado aprendiendo cómo integrar el mundo de la electrónica (rígida, metálica, voluminosa) con el mundo del cuerpo (suave, flexible y delicado).

En su último trabajo, han creado un prototipo de lo que llaman "bioelectrónica viva":una combinación de células vivas, gel y electrónica que puede integrarse con el tejido vivo.

Los parches están hechos de sensores, células bacterianas y un gel elaborado a base de almidón y gelatina. Las pruebas en ratones encontraron que los dispositivos podían monitorear y mejorar continuamente los síntomas similares a los de la psoriasis, sin irritar la piel.

"Este es un puente con respecto a la bioelectrónica tradicional, que incorpora células vivas como parte de la terapia", dijo Jiuyun Shi, coautor del artículo y ex doctor. estudiante en el laboratorio de Tian (ahora en la Universidad de Stanford).

"Estamos muy entusiasmados porque ha tardado una década y media en desarrollarse", dijo Tian.

Los investigadores esperan que los principios también puedan aplicarse a otras partes del cuerpo, como la estimulación cardiológica o neuronal. El estudio fue publicado en Science.

Emparejar la electrónica con el cuerpo humano siempre ha sido difícil. Aunque dispositivos como los marcapasos han mejorado innumerables vidas, tienen sus inconvenientes; Los dispositivos electrónicos tienden a ser voluminosos y rígidos y pueden causar irritación.

Pero el laboratorio de Tian se especializa en descubrir los principios fundamentales detrás de cómo las células y los tejidos vivos interactúan con los materiales sintéticos; su trabajo anterior ha incluido un marcapasos diminuto que se puede controlar con materiales ligeros y resistentes pero flexibles que podrían formar la base de implantes óseos.

En este estudio, adoptaron un nuevo enfoque. Normalmente, la bioelectrónica consta de los propios componentes electrónicos, más una capa suave para que sean menos irritantes para el cuerpo.

Pero el grupo de Tian se preguntó si podrían añadir nuevas capacidades integrando un tercer componente:las propias células vivas. El grupo estaba intrigado por las propiedades curativas de ciertas bacterias como S. epidermidis, un microbio que vive naturalmente en la piel humana y se ha demostrado que reduce la inflamación.

Un parche fino como una oblea incorpora un circuito electrónico flexible, un gel elaborado con almidón de tapioca y gelatina, y bacterias beneficiosas que ayudan a tratar las afecciones de la piel. (Imagen:Jiuyun Shi y Bozhi Tian)

Crearon un dispositivo con tres componentes. La estructura es un circuito electrónico delgado y flexible con sensores. Está recubierto con un gel creado a partir de almidón de tapioca y gelatina, que es ultrasuave e imita la composición del propio tejido. Por último, S. epidermidis Los microbios están metidos en el gel.

Cuando el dispositivo se coloca sobre la piel, las bacterias secretan compuestos que reducen la inflamación y el sensor monitorea la piel en busca de señales como la temperatura y la humedad de la piel.

En pruebas con ratones propensos a afecciones cutáneas similares a la psoriasis, hubo una reducción significativa de los síntomas.

Sus pruebas iniciales duraron una semana, pero los investigadores esperan que el sistema, al que denominan plataforma ABLE, para Electrónica Viva Biointegrada Activa, pueda usarse durante medio año o más. Para que el tratamiento sea más conveniente, dijeron, el dispositivo se puede liofilizar para guardarlo y rehidratarlo fácilmente cuando sea necesario.

Dado que los efectos curativos los proporcionan los microbios, "es como una droga viva:no es necesario volver a surtirla", dijo Saehyun Kim, el otro coautor del artículo y actual doctorado. estudiante en el laboratorio de Tian.

Además del tratamiento de la psoriasis, los científicos pueden imaginar aplicaciones como parches para acelerar la cicatrización de heridas en pacientes con diabetes.

También esperan ampliar el enfoque a otros tipos de tejidos y células. "Por ejemplo, ¿podrías crear un dispositivo que produzca insulina o un dispositivo que interactúe con las neuronas?" dijo Tian. "Hay muchas aplicaciones potenciales".

Para obtener más información, comuníquese con Laurie Fickman en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita activar JavaScript para verlo.; 713-743-8454.