Negli ultimi cinque anni, Il chimico dell'Università di Chicago Bozhi Tian ha scoperto come controllare la biologia con la luce.

Un obiettivo scientifico a lungo termine sono i dispositivi che fungono da interfaccia tra il ricercatore e il corpo, sia come un modo per capire come le cellule parlano tra loro e all'interno di se stesse, ed eventualmente, come trattamento per i disturbi del cervello o del sistema nervoso stimolando i nervi al fuoco o gli arti a muoversi. Silicio:un versatile, il materiale biocompatibile utilizzato sia nei pannelli solari che negli impianti chirurgici è una scelta naturale.

In un articolo pubblicato il 30 aprile in Ingegneria biomedica della natura , Il team di Tian ha definito un sistema di principi di progettazione per lavorare con il silicio per controllare la biologia a tre livelli:dai singoli organelli all'interno delle cellule ai tessuti fino a interi arti. Il gruppo ha dimostrato ciascuno in cellule o modelli di topi, inclusa la prima volta che qualcuno ha usato la luce per controllare il comportamento senza modificazioni genetiche.

"Vogliamo che questo serva da mappa, dove puoi decidere quale problema vorresti studiare e trovare subito il materiale e il metodo giusti per affrontarlo, " disse Tian, professore assistente presso il Dipartimento di Chimica.

La mappa degli scienziati illustra i metodi migliori per creare dispositivi in ​​silicio a seconda sia del compito previsto che della scala, che vanno dall'interno di una cellula a un intero animale.

Per esempio, influenzare le singole cellule cerebrali, il silicio può essere realizzato per rispondere alla luce emettendo una piccola corrente ionica, che incoraggia i neuroni ad attivarsi. Ma per stimolare gli arti, gli scienziati hanno bisogno di un sistema i cui segnali possano viaggiare più lontano e siano più forti, come un materiale di silicio rivestito d'oro in cui la luce innesca una reazione chimica.

Le proprietà meccaniche dell'impianto sono importanti, pure. Diciamo che i ricercatori vorrebbero lavorare con un pezzo di cervello più grande, come la corteccia, per controllare il movimento del motore. Il cervello è un morbido, sostanza molle, quindi avranno bisogno di un materiale altrettanto morbido e flessibile, ma può legarsi saldamente alla superficie. Vorrebbero silicone sottile e di pizzo, dicono i principi di progettazione.

Il team preferisce questo metodo perché non richiede modifiche genetiche o un alimentatore collegato, poiché il silicio può essere modellato in quelli che sono essenzialmente piccoli pannelli solari. (Molte altre forme di monitoraggio o interazione con il cervello necessitano di un alimentatore, e mantenere un filo che scorre in un paziente è un rischio di infezione.)

Hanno testato il concetto sui topi e hanno scoperto che potevano stimolare i movimenti degli arti puntando la luce sugli impianti cerebrali. La ricerca precedente ha testato il concetto nei neuroni.

"Non abbiamo risposte a una serie di domande intrinseche sulla biologia, ad esempio se i singoli mitocondri comunicano a distanza attraverso segnali bioelettrici, " ha detto Yuanwen Jiang, il primo autore sulla carta, poi uno studente laureato alla UChicago e ora un ricercatore post-dottorato a Stanford. "Questo insieme di strumenti potrebbe rispondere a tali domande e indicare la strada a potenziali soluzioni per i disturbi del sistema nervoso".