美國哈佛大學(xué)近日宣稱，該校科學(xué)家成功研發(fā)出一種新技術(shù)，可以向工程化人體組織植入一種具有功能性、生物相容性的納米級(jí)三維網(wǎng)狀物，首次研制出半機(jī)械組織。這種納米級(jí)“支架”與細(xì)胞一起被植入肌體后，可發(fā)育成肌體認(rèn)同的組織，用以檢測肌體內(nèi)部的細(xì)胞活動(dòng)變化而無任何不良反應(yīng)。
一個(gè)與生物工程組織有關(guān)、長期受到關(guān)注的問題是，如何研制出一個(gè)系統(tǒng)，能夠在其被植入肌體后感應(yīng)肌體組織的化學(xué)或電學(xué)變化，同時(shí)還可以為研究人員提供一種方法，來直接刺激工程化組織并測定細(xì)胞的反應(yīng)。
“目前我們對(duì)生命系統(tǒng)監(jiān)控與干預(yù)的方法非常有限。只能使用電極測量細(xì)胞或組織中的活動(dòng)，但這會(huì)傷害到細(xì)胞和組織?！表?xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)者、哈佛大學(xué)化學(xué)教授查爾斯·M·利伯說，“利用這項(xiàng)新技術(shù)，我們能夠在生物系統(tǒng)的同一級(jí)別上進(jìn)行同樣的操作而不會(huì)傷害到它們。當(dāng)然，將組織與電子器件合并起來最為困難之處是，如何將組織底端與電子器件頂端連接起來?！?
此項(xiàng)研究是從尋找一個(gè)二維基質(zhì)開始的。首先，研究人員將有機(jī)聚合物網(wǎng)絲纏繞在納米線周圍，作為重要的感應(yīng)元件;然后，在網(wǎng)狀物中建造了一個(gè)與納米線感應(yīng)元件相連的納米電極，使納米線晶體管能夠測定細(xì)胞的活動(dòng)而不傷害它們。這樣二維基質(zhì)的問題就解決了。研究人員獲得的這個(gè)網(wǎng)狀海綿體(或網(wǎng)絲)，能夠被折疊或者卷曲到需要進(jìn)入的三維體之中。網(wǎng)狀物的構(gòu)建過程與微芯片的蝕刻過程相似。
由于自主神經(jīng)系統(tǒng)記錄著身體中pH值、化學(xué)、氧和其他要素的情況，并且在需要的時(shí)候作出反應(yīng)，因此，研究人員選擇使用自主神經(jīng)系統(tǒng)來建造納米線。使用心臟細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞，研究人員成功地將納米網(wǎng)狀物植入組織，而且不影響組織內(nèi)細(xì)胞的發(fā)育和活動(dòng);通過使用植入器件的方法，研究人員可以檢測出組織深層細(xì)胞發(fā)出的電信號(hào)，并且測量到心臟和神經(jīng)組織中藥物帶來的信號(hào)變化。他們表示，使用這一技術(shù)可同樣測量植入的生物工程血管內(nèi)外pH值和其他生物化學(xué)或細(xì)胞環(huán)境的變化，如對(duì)炎癥、局部缺血的反應(yīng)等。
研究人員認(rèn)為，該項(xiàng)技術(shù)成果的潛在應(yīng)用領(lǐng)域很多，近期即可用于制藥產(chǎn)業(yè)。研究人員能夠使用該技術(shù)，在三維組織而不是細(xì)胞培養(yǎng)的薄層上更為精確地研究藥物作用的最新發(fā)展。將來，該技術(shù)還可用于檢測人體對(duì)電刺激或藥物產(chǎn)生的內(nèi)部變化和相應(yīng)反應(yīng)。
該研究成果發(fā)表在8月26日出版的《自然·材料》雜志上。
