Ультразвук впервые позволил дистанционно активировать отдельные клетки с помощью биосовместимых микрочипов

Исследователи из Барселоны представили инновационные микроструктуры, которые обеспечивают точечное воздействие на отдельные клетки посредством ультразвука и локальной электрической стимуляции. Данная технология исключает необходимость в громоздких проводных соединениях, позволяя генерировать электрические импульсы непосредственно внутри биологической ткани.

Разработка реализована силами специалистов Автономного университета Барселоны и Центра микроэлектроники IMB-CNM-CSIC. Научная работа была представлена в авторитетном издании Small.

Фундаментом технологии стали микрочастицы размером в несколько десятков микрометров — они сопоставимы с габаритами самих клеток. В их состав входит оксид цинка, обладающий выраженными пьезоэлектрическими свойствами: под воздействием механической деформации этот материал продуцирует локальное электрическое поле.

В роли стимула выступает ультразвук — высокочастотные акустические волны, способные беспрепятственно проникать сквозь биологические структуры. При прохождении через такие частицы ультразвук вынуждает их генерировать электрические импульсы в непосредственной близости от клеточных мембран.

Клеточный отклик реализуется через привычные биохимические пути. В частности, происходит модуляция концентрации ионов кальция, что выступает триггером для различных метаболических процессов, включая дифференцировку и деление клеток.

В ходе испытаний были задействованы клетки костной ткани (линия Saos-2), обладающие высокой чувствительностью к электростимуляции. Правильно подобранные режимы ультразвукового воздействия позволили добиться активации 58% клеток в целевой группе.

Уникальность методики заключается в отсутствии прямого физического контакта и необходимости использования электродов. Ультразвуковая волна проходит сквозь ткани, а частицы создают точечный электромагнитный отклик исключительно в месте локализации, обеспечивая высокую точность воздействия.

Авторы проекта подчеркивают, что производство таких микроструктур возможно с применением стандартных технологий микроэлектроники, что открывает широкие перспективы для масштабирования метода и его внедрения в медицинскую практику для направленной стимуляции тканей.

Источник: iXBT