Исследователи из Барселоны создали микроскопические структуры, обеспечивающие возможность направленного воздействия на отдельные биологические элементы посредством ультразвуковых волн и локализованного электрического поля. Данное устройство функционирует автономно и непосредственно в тканях организма, преобразуя механическую энергию в электросигнал вблизи целевой клетки.

Работа над проектом велась специалистами из Universitat Autònoma de Barcelona и IMB-CNM-CSIC. Описание полученных результатов представлено в публикации журнала Small.

, Основа инновационной методики – частицы, размеры которых составляют несколько десятков микрометров, что сопоставимо с габаритами клетки или незначительно превышает их. Внутри этих частиц содержится оксид цинка — материал, обладающий пьезоэлектрическими свойствами: под воздействием механической силы он генерирует электрическое поле.

Для создания воздействия применяется ультразвук – звуковые колебания высокой частоты. Они способны проникать сквозь живые ткани и уже применяются в медицинской сфере для диагностики заболеваний. При взаимодействии этих волн с частицами формируются локальные электрические импульсы непосредственно возле клеточной оболочки.

Клеточная структура реагирует на это посредством обычных биохимических процессов. Одним из основных этапов является модификация концентрации ионов кальция внутри клетки, что активизирует различные клеточные функции, включая изменение состояния и пролиферацию.

В ходе опытов использовались клетки, происходящие из костной структуры (линия Saos-2). Они подходят для подобных исследований благодаря своей повышенной восприимчивости к воздействию электрических сигналов. При правильно подобранных параметрах ультразвука удалось стимулировать до 58% клеток в исследуемой выборке.

Важным аспектом данной методики является отсутствие необходимости использования электродов или непосредственного контакта с тканью. Ультразвуковые волны проникают через ткани, а сами частицы генерируют локальный электрический сигнал исключительно там, где они расположены.

Исследователи подчеркивают возможность изготовления подобных структур при помощи технологий микроэлектроники. Их характеристики позволяют потенциально расширить применение данной технологии для решения медицинских задач, связанных с адресной стимуляцией тканей.