Bioengineering Künstliches Gewebe mit integrierten Nanosensoren

Wenn das kein Cyborg ist: künstlich gezüchtetes Gewebe, in das Sensoren gleich integriert sind. Das Gewebe wächst um die Nanosensoren, so dass diese das ganze Gewebe durchdringen. Forscher können so Vorgänge im Gewebe beobachten, ohne in dieses eingreifen zu müssen.

Ein Cyborg-Gewebe haben US-Forscher entwickelt: Sie haben einen Weg gefunden, Nanodrähte in künstlich geschaffenes Gewebe zu integrieren, schreiben die Forscher der Harvard-Universität und des Massachusetts Institute of Technology in der Fachzeitschrift Nature Materials.

Im lebenden Gewebe überwacht das vegetative Nervensystem Parameter wie pH-Wert oder Sauerstoffgehalt und reagiert, wenn diese nicht dem Normalwert entsprechen. "Wir müssen in der Lage sein, die internen Feedbackschleifen, die der Körper herausgebildet hat, nachzuahmen, um die Kontrolle auf Zell- und Gewebestufe zu behalten", erklärt Harvard-Mediziner Daniel Kohane. Ihre Methode soll das ermöglichen.

Nanonetz

Die Forscher haben zunächst ein Netz aus Silizumnanodrähten geschaffen. Diese dienen als Sensoren. Das geschieht ähnlich, wie Mikrochips geätzt werden. Das Netz kann in dreidimensionale Strukturen gefaltet oder gerollt werden. Die Zellen wachsen dann um diese 3D-Struktur herum.

Ziel sei, "Gewebe und Elektronik so zu verbinden, dass unmöglich zu unterscheiden ist, wo das Gewebe aufhört und die Elektronik anfängt", erklärt Charles Lieber von der Harvard-Universität. Das scheint gelungen: Die Forscher schufen ein künstliches Gewebe aus Herz- und Nervenzellen. Mit Hilfe der Nanodrähte konnten sie im Gewebe elektrische Signale der Zellen messen sowie Veränderungen erfassen, die als Reaktion auf Medikamente auftraten. Außerdem haben sie per Bioengineering ein Blutgefäß geschaffen, in dem sie Veränderungen des pH-Wertes messen konnten.

Keine Störung

"Momentan sind die Methoden, lebende Zellen zu überwachen oder mit ihnen zu interagieren, beschränkt", sagt Lieber. Wenn die Aktivität in Zellen mit elektronischen Geräten gemessen werde, zerstöre das die Zellen. "Mit dieser Technik können wir zum ersten Mal auf dem gleichen Maßstab arbeiten wie die Einheit eines biologischen Systems, ohne dieses zu stören."

Mögliche Anwendungen gibt es laut Lieber diverse. Naheliegend sei die Arzneimittelentwicklung, sagte er: Die Forscher könnten sehen, wie ein Medikament auf ein dreidimensionales Gewebe einwirke statt nur auf eine dünne Lage einer Zellkultur. Eine andere könnten Implantate sein.