リビングバイオエレクトロニクス:検出して治癒するスマート皮膚センサー

イリノイ州シカゴ大学

Jiuyun Shi 氏は、彼とシカゴ大学の科学者チームが発明した、生きた細胞、ゲル、センサーを統合して皮膚を治癒するための「生きたバイオエレクトロニクス」を作り出す小型デバイスを手にしています。 (画像:Jiuyun Shi と Bozhi Tian)

Bozhi Tian 教授の研究室は、長年にわたり、エレクトロニクスの世界（硬くて金属的でかさばる）と、身体の世界（柔らかく柔軟で繊細な）を統合する方法を学んでいます。

彼らの最新の研究では、彼らが「生きたバイオエレクトロニクス」と呼ぶもの、つまり生きた細胞、ゲル、生きた組織と統合できるエレクトロニクスの組み合わせのプロトタイプを作成しました。

パッチはセンサー、細菌細胞、デンプンとゼラチンから作られたゲルでできています。マウスを使ったテストでは、このデバイスが皮膚を刺激することなく、乾癬のような症状を継続的に監視し、改善できることが判明しました。

「これは、生細胞を治療の一部として組み込む従来のバイオエレクトロニクスからの架け橋です」と、論文の共同筆頭著者で元博士号を持つJiuyun Shi氏は述べた。ティアンの研究室の学生（現在はスタンフォード大学）。

「10 年半かけて開発したので、とても興奮しています」と Tian 氏は言いました。

研究者らは、この原理が心臓や神経の刺激など、体の他の部分にも応用できることを期待している。この研究はサイエンスに掲載されました。

電子機器を人体と組み合わせるのは常に困難でした。ペースメーカーのようなデバイスは数え切れないほどの生活を改善してきましたが、欠点もあります。電子機器はかさばって硬い傾向があり、炎症を引き起こす可能性があります。

しかし、ティアンの研究室は、生きた細胞や組織が合成材料とどのように相互作用するかの背後にある基本原理を解明することを専門としています。彼らのこれまでの研究には、骨インプラントの基礎を形成できる、軽くて丈夫だが柔軟な素材で制御できる小さなペースメーカーが含まれていました。

この研究では、彼らは新しいアプローチを採用しました。通常、バイオエレクトロニクスは、電子機器自体と、身体への刺激を軽減するための柔らかい層で構成されます。

しかし、Tian 氏のグループは、3 番目のコンポーネントである生きた細胞そのものを統合することで、新しい機能を追加できないか考えました。このグループは表皮ブドウ球菌などの特定の細菌の治癒特性に興味を持っていました。 人間の皮膚に自然に生息する微生物で、炎症を軽減することが証明されています。

非常に薄いパッチには、柔軟な電子回路、タピオカデンプンとゼラチンから作られたゲル、皮膚疾患の治療に役立つ善玉菌が組み込まれています。 (画像:Jiuyun Shi と Bozhi Tian)

彼らは 3 つのコンポーネントを備えたデバイスを作成しました。フレームワークは、センサーを備えた薄くて柔軟な電子回路です。タピオカデンプンとゼラチンから作られたゲルが上に重ねられており、非常に柔らかく、組織自体の構成を模倣しています。最後にS.表皮 微生物はゲルの中に閉じ込められています。

デバイスを皮膚に置くと、細菌が炎症を軽減する化合物を分泌し、センサーが皮膚の温度や湿度などの信号を皮膚を監視します。

乾癬のような皮膚症状を起こしやすいマウスを使ったテストでは、症状が大幅に軽減されました。

最初のテストは 1 週間実施されましたが、研究者らは、アクティブ バイオ統合リビング エレクトロニクス向けの ABLE プラットフォームと名付けたこのシステムが半年以上使用できることを期待しています。治療をより便利にするために、このデバイスは凍結乾燥して保管でき、必要なときに簡単に水分補給できると彼らは述べています。

治癒効果は微生物によってもたらされるため、「これは生きた薬のようなもので、補充する必要はありません」と、この論文のもう一人の共同筆頭著者であり、現在博士号を取得しているSaehyun Kim氏は言う。ティアンの研究室の学生。

科学者たちは、乾癬の治療に加えて、糖尿病患者の創傷治癒を促進するパッチなどの応用も想定しています。

彼らはまた、このアプローチを他の組織タイプや細胞タイプにも拡張したいと考えています。 「たとえば、インスリンを生成するデバイスや、ニューロンと接続するデバイスを作成できますか?」ティアンは言った。 「潜在的な用途はたくさんあります。」

詳細については、Laurie Fickman までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。表示するには JavaScript を有効にする必要があります。 713-743-8454 。