Det mänskliga hjärtat genomför under en livstid cirka 2,6 miljarder slag, en process som drivs av transporten av kalium-, natrium- och kalciumjoner in och ut ur cellerna. Denna jontransport skapar en elektrisk impuls, en så kallad aktionspotential, som får muskeln att dra ihop sig. Att återskapa denna process på konstgjord väg har länge varit en utmaning för forskarvärlden, främst på grund av att hjärtmuskelcellernas kalciumkanaler arbetar förhållandevis långsamt.
”Vill inte efterlikna biologin”
Enligt forskarna vid Laboratoriet för organisk elektronik (LOE) vid Linköpings universitet fungerar traditionell elektronik, som är utformad för hög hastighet, som en flaskhals vid försök att imitera hjärtats naturliga rytm. Organisk elektronik har däremot visat sig vara mer kompatibel då den kan transportera både joner och elektroner.
– Vi vill inte bara efterlikna biologin, utan också dra nytta av de principer som gör signalerna så effektiva, förklarar Simone Fabiano, professor i materialvetenskap vid Linköpings universitet, i ett pressmeddelande.
Konstgjorda hjärtmuskelceller av ledande plast
Genom att utveckla konstgjorda hjärtmuskelceller av ledande plast har forskargruppen skapat en hårdvara som kan efterlikna cellens specifika elektriska dynamik. Inom medicinteknikområdet ser man flera potentiella tillämpningar för den nya tekniken:
* Små, naturtrogna pacemakers som bättre integreras med hjärtats naturliga signalering.
* Avancerade sensorer som tidigt kan upptäcka störningar i hjärtfunktionen och sätta in förebyggande åtgärder.
* Bioelektroniska implantat, dvs system som kan aktivera muskler eller fungera som gränssnitt mellan teknik och biologi.
Länk mellan biologiska system och elektronik
Nästa utmaning för forskarteamet är att få de konstgjorda cellerna att fungera som en länk mellan biologiska system och elektronik. För att nå full medicinteknisk tillämpning krävs att de konstgjorda cellerna kan både ta emot och skicka vidare signaler till levande biologiska celler.
– Då skulle de konstgjorda hjärtmuskelcellerna fungera som en brygga och vi kommer betydligt närmare biomedicinska tillämpningar, säger Dace Gao, postdoktor vid LOE och huvudförfattare till studien.
Studien, som publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications, markerar ett viktigt steg i utvecklingen av material som kan kommunicera sömlöst med kroppens egna signalsystem.
