Наши нервные и мышечные клетки посылают друг другу сигналы с помощью ионов и молекул. Некоторые вещества, такие как нейромедиатор ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), являются важными сигнальными веществами для всей центральной нервной системы.
Восемнадцать месяцев назад исследователи Лаборатории органической электроники продемонстрировали ионный насос, который исследователи из Каролинского института могут использовать для уменьшения болевых ощущений у бодрствующих свободно передвигающихся крыс. Ионный насос доставил ГАМК прямо в спинной мозг крысы. Новости о том, что исследователи могут доставлять собственные нейротрансмиттеры в организм, были опубликованы в Science Advances и вызвали большой интерес во всем мире.
Исследовательская группа в Лаборатории органической электроники достигла еще одного крупного прогресса и разработала значительно меньший и более быстрый ионный насос, который передает сигналы почти так же быстро, как и сами клетки, и с точностью в масштабе отдельной клетки. Этот результат также публикуется в Science Advances.
«Наши опытные докторанты, Аманда Йонссон и Терезия Арбринг Шостром, успешно справились с последней важной частью головоломки — разработкой ионного насоса. Когда сигнал проходит между двумя синапсами, это занимает 1-10 миллисекунд, и теперь мы очень близка к собственной скорости нервной системы », — говорит Магнус Берггрен, профессор органической электроники и директор лаборатории органической электроники.«Мы пришли к выводу, что мы создали искусственные нервы, которые могут беспрепятственно взаимодействовать с нервной системой. После более чем 10-летних исследований мы, наконец, собрали все части головоломки», — говорит он.
Аманда Йонссон, которая вместе с Терезией Арбринг Шостром является основным автором статьи в Science Advances, разработала обезболивающий ионный насос в рамках своей докторской диссертации. Она с гордостью представляет стеклянный диск со многими новыми миниатюрными ионными насосами. Некоторые насосы имеют только одно выпускное отверстие, а другие — шесть крошечных точечных выпусков.«Мы можем сделать их с несколькими выходами, это так же просто, как и один.
И всеми выходами можно управлять индивидуально. Раньше мы могли транспортировать ионы только по горизонтали и со всех выходов одновременно. Теперь, однако, мы можем доставлять ионы вертикально, поэтому расстояние, на которое они должны переноситься, составляет всего микрометр », — объясняет она.Все выходы ионного насоса также могут быть быстро включены или выключены с помощью ионных диодов микрометрового размера.
«Ионы быстро высвобождаются электрическим сигналом, точно так же, как нейротрансмиттер высвобождается в синапсе», — говорит Терезия Арбринг Шостром.Здесь у органических электронных компонентов есть главное преимущество: они могут проводить как ионы, так и электричество. В этом случае материал PEDOT: PSS позволяет преобразовывать электрические сигналы в химические сигналы, которые понимает организм.Недавно был разработан ионный диод, а также материал, из которого изготовлен новый быстрый ионный насос.
«Новый материал позволяет строить с точностью и надежностью, недоступной в предыдущих версиях ионного насоса», — говорит Дэниел Саймон.Новый ионный насос пока прошел испытания только в лаборатории.
Следующим шагом будет тестирование его на живых клетках, и исследователи надеются, что в конечном итоге, например, облегчить боль, остановить эпилептические припадки и уменьшить симптомы болезни Паркинсона, используя точно необходимую дозу именно для пораженных клеток. Общение с использованием собственного языка ячейки и собственной скорости ячейки.Исследование финансировалось Фондом Кнута и Алисы Валленберг, Шведским исследовательским советом и Винновой.
Массив доставки химикатов с миллисекундным высвобождением нейромедиатора, Аманда Йонссон, Терезия Арбринг Шостром, Клас Тайбрандт, Магнус Берггрен, Дэниел Т. Саймон, Science Advances 2016, DOI 10.1126 / sciadv.1601340Ионный насосНебольшое расстояние, на которое необходимо транспортировать ионы, означает, что они могут быть доставлены быстрее, чем это было возможно ранее. Каждая розетка снабжена управляющим электродом из проводящего полимера, что означает, что ими можно управлять индивидуально.
Управляющий электрод вместе с другим материалом образует ионный диод, предотвращающий утечку. (Диод проводит только в одном направлении.)Проводящий полимер в управляющем электроде заряжается ионами при выключении насоса.
Ионы могут быстро высвобождаться при получении электрического сигнала, точно так же, как потенциал действия вызывает высвобождение нейромедиатора в синапсе. Операцию можно повторять много раз.
