Μια επιστημονική εξέλιξη από την Ισπανία φέρνει πιο κοντά ένα μέλλον όπου τα ιατρικά εμφυτεύματα θα τροφοδοτούνται από ζωντανά, βιοσυμβατά υλικά αντί για ψυχρά, άκαμπτα μέταλλα. Μια ομάδα ερευνητών από το κέντρο CIC biomaGUNE, σε συνεργασία με τα BCMaterials και CIC EnergiGUNE, κατάφερε να δημιουργήσει έναν νέο τύπο τεχνητής πρωτεΐνης ικανής όχι μόνο να αποθηκεύει αλλά και να μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια. Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για μια νέα γενιά βιοηλεκτρονικών συστημάτων, πράσινων πηγών ενέργειας και ασφαλέστερων, μη τοξικών ιατρικών συσκευών.
Οι επιστήμονες εργάζονταν με στόχο να δημιουργήσουν ένα σταθερό αγώγιμο υλικό που να είναι παράλληλα εύκολο στην επεξεργασία και πλήρως συμβατό με τους ζωντανούς ιστούς. Αντί να στραφούν στα κλασικά μέταλλα ή τα ημιαγώγιμα υλικά, αποφάσισαν να εκμεταλλευτούν τις ίδιες τις αρχές της ζωής: τις πρωτεΐνες. Με τη βοήθεια της γενετικής μηχανικής, σχεδίασαν μοριακές δομές που λειτουργούν σαν μικροσκοπικά «τούβλα», τα οποία μπορούν να ενωθούν μεταξύ τους σχηματίζοντας σταθερά και αγώγιμα πλέγματα.
Αυτό το «αρθρωτό» μοντέλο δίνει τη δυνατότητα προσαρμογής: οι ερευνητές μπορούν να προσθέτουν ή να αφαιρούν λειτουργίες, όπως η βελτίωση της ιοντικής αγωγιμότητας, χωρίς να διακυβεύουν τη σταθερότητα του συνολικού συστήματος. Στην ουσία, μιλάμε για πρωτεΐνες που μπορούν να σχεδιαστούν κατά παραγγελία, ώστε να μεταφέρουν ηλεκτρικά φορτία μέσα στο σώμα με ασφάλεια και ακρίβεια.
Η διαδικασία ξεκινά με τον ανασχεδιασμό του DNA που καθοδηγεί τη δημιουργία των πρωτεϊνών. Μέσα από προσεκτικές μεταλλάξεις και τροποποιήσεις, οι ερευνητές κατάφεραν να παραγάγουν πρωτεΐνες που μεταφέρουν ιόντα και ηλεκτρόνια με εντυπωσιακή αποδοτικότητα. Οι πρωτεΐνες αυτές στη συνέχεια τοποθετήθηκαν πάνω σε ηλεκτρόδια, ώστε να μετρηθεί η αγωγιμότητά τους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι μπορούν να λειτουργήσουν σαν μικροσκοπικοί αγωγοί, μια ιδιότητα που μέχρι σήμερα θεωρούνταν σχεδόν αδύνατη για βιολογικά μόρια.
Αυτή η νέα γενιά αγώγιμων πρωτεϊνών μπορεί να αξιοποιηθεί σε ενεργειακές εφαρμογές που απαιτούν ταχεία φόρτιση και εκφόρτιση, όπως οι υπερπυκνωτές. Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα πειραματικό ενεργειακό σύστημα που λειτουργεί ως «βιολογικός υπερπυκνωτής», ικανός να αποθηκεύει και να απελευθερώνει ενέργεια γρήγορα, με τρόπο ανάλογο των ηλεκτρονικών συσκευών, αλλά χωρίς τα μειονεκτήματα των συμβατικών υλικών.
Το πιο εντυπωσιακό στοιχείο όμως δεν είναι μόνο η ηλεκτρική τους απόδοση, αλλά και η βιοσυμβατότητά τους. Οι πρωτεΐνες αυτές ενσωματώνονται ομαλά στους ιστούς χωρίς να προκαλούν φλεγμονές ή ανοσολογικές αντιδράσεις. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη εμφυτεύσιμων ιατρικών συσκευών, όπως βηματοδότες, εγκεφαλικά ηλεκτρόδια ή αισθητήρες γλυκόζης, χωρίς τους κινδύνους που συνοδεύουν τα σημερινά μεταλλικά υλικά.
Σήμερα, τα περισσότερα εμφυτεύματα βασίζονται σε υλικά όπως το τιτάνιο ή το πυρίτιο, σκληρά και άκαμπτα μέταλλα που, όσο αποτελεσματικά κι αν είναι ηλεκτρικά, δεν συνεργάζονται πάντα καλά με το ανθρώπινο σώμα. Με την πάροδο του χρόνου, αυτά τα υλικά μπορούν να προκαλέσουν μικροτραυματισμούς ή φλεγμονές, οδηγώντας σε ανάγκη για αντικατάσταση του εμφυτεύματος. Οι «ηλεκτρικές» πρωτεΐνες, αντίθετα, προσφέρουν μια φυσικότερη, πιο μαλακή και ανθεκτική λύση που συμβαδίζει με τη βιολογία του οργανισμού.
Οι εφαρμογές δεν σταματούν στην ιατρική. Αν οι ερευνητές καταφέρουν να αναπτύξουν μεθόδους μαζικής παραγωγής, αυτά τα βιοηλεκτρικά υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε κάθε είδους συσκευές από smartphones και wearables μέχρι ενεργειακές κυψέλες και βιώσιμα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας. Το όραμα είναι να δημιουργηθούν ηλεκτρονικά προϊόντα που θα βασίζονται σε πλήρως ανακυκλώσιμα, βιοαποδομήσιμα και μη τοξικά υλικά, εξαλείφοντας τον περιβαλλοντικό αντίκτυπο που προκαλούν σήμερα τα βαρέα μέταλλα και τα χημικά σύνθετα.
Η ιδέα ενός «ζωντανού ηλεκτρονικού κυκλώματος» δεν είναι πια επιστημονική φαντασία. Αυτές οι πρωτεΐνες μπορούν, θεωρητικά, να χρησιμοποιηθούν για να τροφοδοτούν τεχνητές καρδιές ή να υποστηρίζουν ηλεκτρικά συστήματα μέσα στο σώμα χωρίς ανάγκη για εξωτερικές μπαταρίες ή καλώδια.
[source]
