En los últimos cinco años, El químico de la Universidad de Chicago, Bozhi Tian, ​​ha estado descubriendo cómo controlar la biología con la luz.

Un objetivo científico a largo plazo son los dispositivos que sirvan como interfaz entre el investigador y el cuerpo, tanto como una forma de comprender cómo las células se comunican entre sí y dentro de sí mismas. y eventualmente, como tratamiento para los trastornos del cerebro o del sistema nervioso al estimular los nervios para que se activen o las extremidades para que se muevan. Silicio:un versátil El material biocompatible utilizado tanto en paneles solares como en implantes quirúrgicos es una elección natural.

En un artículo publicado el 30 de abril en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza , El equipo de Tian estableció un sistema de principios de diseño para trabajar con silicio para controlar la biología en tres niveles:desde los orgánulos individuales dentro de las células hasta los tejidos y las extremidades enteras. El grupo ha demostrado cada uno en modelos de células o ratones, incluida la primera vez que alguien ha utilizado la luz para controlar el comportamiento sin modificación genética.

"Queremos que esto sirva como mapa, donde puede decidir qué problema le gustaría estudiar e inmediatamente encontrar el material y el método adecuados para abordarlo, "dijo Tian, profesor asistente en el Departamento de Química.

El mapa de los científicos presenta los mejores métodos para crear dispositivos de silicio dependiendo tanto de la tarea prevista como de la escala, que van desde el interior de una célula hasta un animal completo.

Por ejemplo, para afectar las células cerebrales individuales, El silicio se puede fabricar para responder a la luz emitiendo una pequeña corriente iónica, que anima a las neuronas a disparar. Pero para estimular las extremidades, los científicos necesitan un sistema cuyas señales puedan viajar más lejos y sean más fuertes, como un material de silicio recubierto de oro en el que la luz desencadena una reacción química.

Las propiedades mecánicas del implante son importantes, también. Digamos que a los investigadores les gustaría trabajar con una parte más grande del cerebro, como la corteza, para controlar el movimiento del motor. El cerebro es suave sustancia blanda, por lo que necesitarán un material que sea igualmente suave y flexible, pero puede adherirse fuertemente a la superficie. Querrían silicona fina y de encaje dicen los principios de diseño.

El equipo favorece este método porque no requiere modificación genética o una fuente de alimentación conectada, ya que el silicio puede convertirse en lo que son esencialmente pequeños paneles solares. (Muchas otras formas de monitorizar o interactuar con el cerebro necesitan una fuente de alimentación, y mantener un cable en contacto con un paciente es un riesgo de infección).

Probaron el concepto en ratones y descubrieron que podían estimular los movimientos de las extremidades al iluminar los implantes cerebrales. Investigaciones anteriores probaron el concepto en neuronas.

"No tenemos respuestas a una serie de preguntas intrínsecas sobre biología, como si las mitocondrias individuales se comunican de forma remota a través de señales bioeléctricas, "dijo Yuanwen Jiang, el primer autor del artículo, luego estudiante de posgrado en UChicago y ahora investigador postdoctoral en Stanford. "Este conjunto de herramientas podría abordar estas cuestiones, además de señalar el camino hacia posibles soluciones para los trastornos del sistema nervioso".