살아있는 생체전자공학:감지하고 치유하는 스마트 피부 센서

일리노이주 시카고 대학교

Shi Jiuyun Shi는 자신과 시카고 대학교 과학자 팀이 살아있는 세포, 젤 및 센서를 통합하여 피부를 치료하기 위한 "살아있는 생체 전자 공학"을 생성하는 작은 장치를 발명했습니다. (이미지 :Jiuyun Shi 및 Bozhi Tian)

수년 동안 Bozhi Tian 교수의 연구실에서는 단단하고 금속성이며 부피가 큰 전자 장치의 세계와 부드럽고 유연하며 섬세한 신체의 세계를 통합하는 방법을 배워 왔습니다.

최근 연구에서 그들은 살아있는 조직과 통합할 수 있는 살아있는 세포, 젤, 전자 장치의 조합인 "살아있는 생체전자공학"이라고 부르는 프로토타입을 만들었습니다.

패치는 센서, 박테리아 세포, 전분과 젤라틴으로 만든 젤로 구성됩니다. 쥐를 대상으로 한 테스트에서는 이 장치가 피부를 자극하지 않고 건선과 유사한 증상을 지속적으로 모니터링하고 개선할 수 있는 것으로 나타났습니다.

논문의 공동 제1저자이자 전 박사학위를 받은 Jiuyun Shi는 “이것은 살아있는 세포를 치료의 일부로 통합하는 전통적인 생체전자공학의 가교 역할을 합니다.”라고 말했습니다. Tian 연구실의 학생(현재 스탠포드 대학 소속)

Tian은 “10년 반 동안 제작을 진행했기 때문에 매우 기대됩니다.”라고 말했습니다.

연구자들은 이 원리가 심장 자극이나 신경 자극과 같은 신체의 다른 부위에도 적용될 수 있기를 바라고 있습니다. 이 연구는 Science에 게재되었습니다.

전자기기와 인체를 결합하는 것은 항상 어려운 일이었습니다. 심장박동기와 같은 장치는 수많은 삶의 질을 향상시켰지만 단점도 있습니다. 전자제품은 부피가 크고 딱딱한 경향이 있어 자극을 유발할 수 있습니다.

그러나 Tian의 연구실은 살아있는 세포와 조직이 합성 물질과 상호 작용하는 방식에 대한 기본 원리를 밝히는 데 특화되어 있습니다. 그들의 이전 연구에는 뼈 임플란트의 기초를 형성할 수 있는 가볍고 강하면서도 유연한 재료로 제어할 수 있는 작은 심장 박동기가 포함되어 있었습니다.

이번 연구에서 그들은 새로운 접근 방식을 취했습니다. 일반적으로 생체전자공학은 전자부품 자체와 신체에 덜 자극을 주기 위한 부드러운 층으로 구성됩니다.

그러나 Tian의 그룹은 세 번째 구성 요소인 살아있는 세포 자체를 통합하여 새로운 기능을 추가할 수 있는지 궁금해했습니다. 이 그룹은 S. epidermidis 와 같은 특정 박테리아의 치유력에 흥미를 느꼈습니다. 인간의 피부에 자연적으로 서식하는 미생물로 염증을 줄이는 것으로 나타났습니다.

매우 얇은 패치에는 유연한 전자 회로, 타피오카 전분과 젤라틴으로 만든 젤, 피부 상태를 치료하는 데 도움이 되는 유익한 박테리아가 포함되어 있습니다. (이미지 :Jiuyun Shi 및 Bozhi Tian)

그들은 세 가지 구성 요소로 구성된 장치를 만들었습니다. 프레임워크는 센서가 포함된 얇고 유연한 전자 회로입니다. 타피오카 전분과 젤라틴으로 만든 젤로 코팅되어 있어 매우 부드럽고 조직 자체의 구성을 모방합니다. 마지막으로 S. 표피 미생물이 젤 안에 들어있습니다.

장치를 피부에 놓으면 박테리아가 염증을 줄이는 화합물을 분비하고 센서는 피부 온도 및 습도와 같은 신호를 모니터링합니다.

건선과 유사한 피부 질환에 걸리기 쉬운 쥐를 대상으로 한 실험에서 증상이 크게 감소했습니다.

초기 테스트는 일주일 동안 진행되었지만 연구원들은 Active Biointegrated Living Electronics를 위한 ABLE 플랫폼이라고 부르는 시스템이 반년 이상 사용될 수 있기를 바라고 있습니다. 치료를 더욱 편리하게 하기 위해 장치를 동결 건조하여 보관하고 필요할 때 쉽게 재수화할 수 있다고 그들은 말했습니다.

치유 효과는 미생물에 의해 제공되기 때문에 “마치 살아있는 약과 같아서 리필할 필요가 없습니다”라고 논문의 다른 공동 제1저자이자 현재 박사학위를 받고 있는 김세현 씨는 말했습니다. 티안 연구실의 학생

건선 치료 외에도 과학자들은 당뇨병 환자의 상처 치유 속도를 높이는 패치와 같은 응용 프로그램을 구상할 수 있습니다.

그들은 또한 다른 조직 유형과 세포 유형에 대한 접근 방식을 확장하기를 희망합니다. "예를 들어, 인슐린 생산 장치나 뉴런과 인터페이스하는 장치를 만들 수 있나요?" 티안이 말했다. “잠재적인 응용 분야는 많습니다.”

자세한 내용은 Laurie Fickman에게 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.; 713-743-8454.