È un'idea che potrebbe essere estratta dalle pagine di un romanzo di fantascienza:dispositivi elettronici che possono essere iniettati direttamente nel cervello, o altre parti del corpo, e curare tutto, dai disturbi neurodegenerativi alla paralisi.

Sembra improbabile, finché non visiti il ​​laboratorio di Charles Lieber.

Un team di ricercatori internazionali, guidato da Lieber, il Mark Hyman, Jr. Professore di Chimica, un team internazionale di ricercatori ha sviluppato un metodo per fabbricare scaffold elettronici su nanoscala che possono essere iniettati tramite siringa. Una volta connesso ai dispositivi elettronici, gli scaffold possono essere utilizzati per monitorare l'attività neurale, stimolare i tessuti e anche promuovere la rigenerazione dei neuroni. Lo studio è descritto in un articolo dell'8 giugno in Nanotecnologia della natura .

Hanno contribuito al lavoro Jia Liu, Tian Ming Fu, Zenggang Cheng, Guosong Hong, Tao Zhou, Lihua Jin, Madhavi Duvvuri, Zhe Jiang, Peter Kruskal, Chong Xie, Zhigang Suo, Ying Fang

"Sento che questo ha il potenziale per essere rivoluzionario, " Ha detto Lieber. "Questo apre una frontiera completamente nuova in cui possiamo esplorare l'interfaccia tra le strutture elettroniche e la biologia. Negli ultimi trent'anni, le persone hanno apportato miglioramenti incrementali alle tecniche di microfabbricazione che ci hanno permesso di realizzare sonde rigide sempre più piccole, ma nessuno ha affrontato questo problema - l'interfaccia elettronica/cellulare - al livello in cui funziona la biologia".

L'idea di fondere il biologico con l'elettronica non è nuova per Lieber.

In uno studio precedente, gli scienziati nel laboratorio di Lieber hanno dimostrato che gli scaffold potrebbero essere utilizzati per creare tessuto "cyborg" - quando le cellule cardiache o nervose sono state coltivate con scaffold incorporati. I ricercatori sono stati quindi in grado di utilizzare i dispositivi per registrare i segnali elettrici generati dai tessuti, e per misurare i cambiamenti in quei segnali mentre somministravano farmaci cardio o neurostimolanti.

"Siamo stati in grado di dimostrare che potevamo realizzare questa impalcatura e coltivare cellule al suo interno, ma non avevamo davvero idea di come inserirlo nel tessuto preesistente, " ha detto Lieber. "Ma se vuoi studiare il cervello o sviluppare gli strumenti per esplorare l'interfaccia cervello-macchina, devi attaccare qualcosa nel corpo. Quando si rilascia completamente l'impalcatura elettronica dal substrato di fabbricazione, abbiamo notato che era quasi invisibile e molto flessibile come un polimero e poteva essere letteralmente risucchiato in un ago di vetro o in una pipetta. Da li, abbiamo semplicemente chiesto, sarebbe possibile fornire l'elettronica a rete mediante iniezione di ago da siringa, un processo comune alla consegna di molte specie in biologia e medicina:potresti andare dal dottore e iniettare questo e sei collegato.'"

Sebbene non siano i primi tentativi di impiantare l'elettronica nel cervello - la stimolazione cerebrale profonda è stata utilizzata per decenni per trattare una varietà di disturbi - gli scaffold nanofabbricati operano su una scala completamente diversa.

"Le tecniche esistenti sono rozze rispetto al modo in cui il cervello è cablato, " Ha spiegato Lieber. "Che si tratti di una sonda di silicio o di polimeri flessibili ... causano infiammazione nel tessuto che richiede periodicamente il cambiamento della posizione o la stimolazione. Ma con la nostra elettronica iniettabile, è come se non ci fosse affatto. They are one million times more flexible than any state-of-the-art flexible electronics and have subcellular feature sizes. They're what I call "neuro-philic" - they actually like to interact with neurons.."

Despite their enormous potential, the fabrication of the injectable scaffolds is surprisingly easy.

"That's the beauty of this - it's compatible with conventional manufacturing techniques, " Lieber said.

The process is similar to that used to etch microchips, and begins with a dissolvable layer deposited on a substrate. To create the scaffold, researchers lay out a mesh of nanowires sandwiched in layers of organic polymer. The first layer is then dissolved, leaving the flexible mesh, which can be drawn into a syringe needle and administered like any other injection.

After injection, the input/output of the mesh can be connected to standard measurement electronics so that the integrated devices can be addressed and used to stimulate or record neural activity.

"These type of things have never been done before, from both a fundamental neuroscience and medical perspective, " Lieber said. "It's really exciting - there are a lot of potential applications."

Andando avanti, Lieber said, researchers hope to better understand how the brain and other tissues react to the injectable electronics over longer periods.

Harvard's Office of Technology Development has filed for a provisional patent on the technology and is actively seeking commercialization opportunities.

"Having those results can prove that this is really a viable technology, " Lieber said. "The idea of being able to precisely position and record from very specific areas, or even from specific neurons over an extended period of time - this could, I think, make a huge impact on neuroscience."