Uczeni stworzyli żel, który łączy się z nerwami w ciele i przewodzi prąd

Czy prąd płynący w kablu jest taki sam, jak ten, który pobudza do pracy neurony? W zasadzie tak. W takim razie, dlaczego nie potrafimy precyzyjnie połączyć zewnętrznego układu elektrycznego z nerwami w ciele? Byłoby to bardzo pożądane. Na przykład, do celów badawczych: żeby zobaczyć, jak pracuje układ nerwowy, jak działają obwody w mózgu, które grupy neuronów pobudzają się przy określonych działaniach. Albo leczniczych: gdy jakieś połączenie nerwowe zostaje uszkodzone, można by je naprawić i odtworzyć przewodnictwo.

Niestety, mechaniczne elementy nie bardzo chcą współpracować z naszym organicznym układem nerwowym. Owszem, uczonym udaje się np. podłączyć elektrody na tyle precyzyjnie, by mierzyły aktywność określonych grup neuronów, ale jest to wciąż rozwiązanie niedoskonałe. Elementy elektryki powodują zwykle powstawanie tkanki bliznowatej, która upośledza lokalne funkcjonowanie struktur nerwowych i prowadzi do komplikacji u pacjenta czy badanego zwierzęcia.

Grupa szwedzkich naukowców wpadła jednak na pomysł, jak rozwiązać te problemy (publikacja w „Science”). Jeśli nie chcemy uszkodzić tkanek organizmu i pobudzić wytwarzania tkanki bliznowatej – rozumowali – to musimy jako przewodnika użyć czegoś, co będzie wspaniale odkształcalne, nieinwazyjne. Takim materiałem są płyny. Jeśli odpowiednią ich ilość wstrzyknie się precyzyjnie w pożądane miejsce, to przyjmą one kształt „naczynia”, w którym je umieszczono. Na przykład, wypełnią lukę pomiędzy neuronami albo przestrzeń między organicznym nerwem a zewnętrznym układem elektrycznym.

Tylko jak przekonać płyn, by pozostał dokładnie w tym miejscu, w jakim go potrzebujemy? Oczywiście, najlepiej zmienić jego konsystencję w stałą. Procesem, który to umożliwia, jest polimeryzacja. Przypomina ścinanie się galaretki wstawionej do lodówki: składowe mieszaniny tworzą sztywne, ale elastyczne usieciowanie.

Idąc tym tropem, uczeni przygotowali roztwór, który spełniał kilka wymogów. Po pierwsze, przewodził prąd. Po drugie, wykazywał zdolność do polimeryzacji. Po trzecie, był biokompatybilny, czyli bezpieczny: nie wywoła reakcji zapalnej czy alergicznej, nie ulegnie zniszczeniu pod wpływem płynów ustrojowych. Musieli jeszcze tylko wymyślić, jaki czynnik miałby indukować polimeryzację. Optymalna sytuacja to taka, w której poza ustrojem roztwór zachowuje się jak stabilny płyn, ale po wstrzyknięciu do układu nerwowego spontanicznie polimeryzuje. Kluczem do sukcesu okazało się takie dobranie składników mieszaniny, by związki z niej zawarte reagowały z naturalnymi metabolitami organizmu. I to im się udało.

Fuzję elektrożelu i tkanki nerwowej udowodnili, wstrzykując przewodnik w pobliżu nerwów rybek danio pręgowanych oraz pijawek medycznych. W jednym i drugim przypadku polimer skutecznie połączył się z nerwami in vivo.

To rozwiązanie jest genialnie proste, a zarazem wysublimowane i bezprecedensowo skuteczne. Warto obserwować poczynania tego zespołu – jeśli będzie kontynuować pracę w tym kierunku, to w najbliższych latach możemy się spodziewać kilku przełomów badawczych i ­­medycznych.