Biyoimplantlar göz önüne alındığında, birincil kaygılardan biri yabancı veya sentetik malzemelere karşı bağışıklık aracılı bir reaksiyon olan yabancı cisim tepkisidir (FBR). Bu yanıt protein adsorpsiyonu ile başlar ve sonuçta implantın kollajen ve fibrotik doku ile kapsüllenmesine yol açar. FBR, hastalara risk vermenin ötesinde, biyoelektronik implantlar için önemli zorluklar sunar, çünkü sonuçta ortaya çıkan fibrotik bariyer cihaz ve çevre doku arasındaki samimi teması engeller, sinyal iletimini engeller ve böylece implantın fonksiyonel ömrünü sınırlar (Şekil 1). FBR'yi baskılayan elektronik olmayan biyomalzemelerin tasarlanmasına önemli çabalar ayrılmış olsa da, elektronik malzemeler için FBR dirençli tasarımların geliştirilmesine nispeten az dikkat edilmiştir.
Şekil 1. FBR, ortak implante edilebilir cihaz türleri ve negatif etkiler üzerinde işlemler
Özellikle, çeşitli biyoelektronik cihazlarda önemli bir potansiyel gösteren yarı iletkenler, sinyal iletimini sağlamak için cihaz yüzeyinde maruz bırakılması gerektiği düşünülmüştür. Doku benzeri mekanik özelliklerle tasarlanan yarı iletken polimerler FBR'yi azaltmaya yardımcı olabilirken, bağışıklık uyumlu yarı iletken polimerlerin gelişiminde önemli boşluklar kalır. Bu karşılanmayan ihtiyacı ele almak için, Nature Materials'ta yayınlanan son çalışmalarımız, yarı iletken polimerlerde içsel bağışıklık uyumluluğunu elde etmeyi amaçlayan bir dizi moleküler tasarım stratejisi sundu.
Selenofenofen'i, bağışıklık uyumluluğunu aynı anda desteklediği ve yüksek elektriksel performansı koruduğu gösterilen bir strateji olan tiyofen yerine polimer omurgasına entegre ettik. Paralel olarak, immünomodülatör fonksiyonel grupları vurgulayan immünolojik çalışmalardan ilham alarak, bu tür kısımları (THP ve TMO) FBR'yi bastırmak için yarı iletken polimerlerin yan zincirlerine dahil ettik. İyi karakterize edilmiş P (G2T-T) bu tasarımları uygulamak için başlangıç polimeri olarak kullanarak, implantların etrafındaki kolajen yoğunluğunda% 68'lik bir azalma ile kanıtlandığı gibi, FBR'de önemli bir azalma gösteriyoruz. (Şekil 2).
Daha önce, yarı iletken polimerler için FBR davranışlarının titiz bir karakterizasyonu olmamıştı. Tasarımımızın FBR baskılayıcı etkileri hakkında kapsamlı bir anlayış sağlamak için bir dizi sistematik immünolojik analiz yaptık. Kısacası, iki stratejimizin pro-enflamatuar biyobelirteçleri aşağı regüle ettiği ve anti-enflamatuar olanları yukarı regüle ettiği, makrofaj aktivasyonunu baskılayarak FBR'yi hafiflettiği gösterilmiştir. (Şekil 3). Ayrıca, bu çalışma, selenofen bazlı yapıların immünomodülatör potansiyelini ortaya koymakta ve konjüge birimleri içsel bağışıklık uyumluluğu ile inşa etmek için selenit gibi elementleri kullanan umut verici bir moleküler tasarım yaklaşımını vurgulamaktadır. Ayrıntılar yayınlanan makalemizde bulunabilir.
Bağışıklık uyumlu yarı iletken tasarımlarının, organik elektrokimyasal transistör (OECT) cihazlarında mükemmel elektriksel performansı koruduğunu gösterdik. Özellikle, bir selenofen omurgasının dahil edilmesi, 1.2 cm'ye ulaşan daha yüksek yük taşıyıcı hareketliliği ile sonuçlandı.2V-1S-1ve ayrıca, geleneksel tiyofen bazlı muadili ile karşılaştırıldığında, selenid içeren omurga mühendisliği potansiyelinin altını çizen daha yüksek transkondüksiyon. Ayrıca, implante edilmiş OECT cihazlarının mevcut tutulmasını üç aylık bir süre boyunca karşılaştırarak malzemelerimizin in vivo kronik performansını değerlendirdik. Bir adım daha ileride, yarı iletken polimerlerimize dayanan yumuşak OECT cihazlarına ürettik ve canlı farelerde elektrokardiyografi (EKG) ve elektromiyogram (EMG) sinyallerinin kaydedilmesi için kronik kullanımı başarıyla gösterdik. Dört haftalık implantasyondan sonra, bağışıklık uyumlu tasarımlar, kronik biyoelektronik uygulamalar için vaatlerini vurgulayarak önemli ölçüde daha yüksek sinyal genliklerini korudu (Şekil 4).
Bağışıklık uyumlu konjuge edilmiş polimerler için bu tasarım ilkelerinin çok yönlülüğünün, biyokimyasal algılama, floresan görüntüleme ve biyo-stimülasyonlar gibi diğer fonksiyonel kategorilere genişlemek için geniş bir platform açacağına inanıyoruz. Bu stratejileri düşük modüllü tasarımlarla entegre etmek, doku arayüzünde mekanik uyumsuzluğu daha da hafifletebilir. Bu acil uygulamaların ötesinde, kimyasal olarak farklı yapılarıyla birlikte konjuge polimerler, FBR'nin sistematik çalışması için eşsiz bir fırsat sunmaktadır. Bu çalışmadan elde edilen bilgiler, elektronik ve biyolojik doku arasındaki içsel bağışık uyumlu, çok işlevli ve yüksek performanslı arayüzlerin yolunu açarak yeni nesil biyoelektronik cihazların gelişimini artırabilir.
Doğa materyallerinde “bastırılmış yabancı vücut tepkisi ile biyoelektronik için yarı iletken polimerlerin bağışıklık uyumlu polimer tasarımları” başlıklı bu çalışma yayınlandı.
Bir yanıt yazın