Nano-Revolution: Lichtgesteuerte Wearables umhüllen einzelne Zellen

Winzige Wearables für Zellen: MIT-Forscher entwickeln mikroskopische Geräte, die Neuronen umhüllen können. Diese batterielos betriebenen Polymer-Wearables revolutionieren die Messung und direkte Beein­flussung von Zellen und eröffnen neue Wege in der Bioelektronik.

Licht-Nano-Wearables revolutionieren Zellforschung

Ein Forscherteam am MIT hat subzelluläre Wearables aus einem weichen Polymer namens Azobenzol entwickelt. Diese mikroskopisch kleinen Geräte können sich sanft um verschiedene Teile von Neuronen wickeln, ohne diese zu beschädigen. Die Besonderheit: Sie werden drahtlos durch Licht aktiviert, was eine präzise Steuerung ermöglicht. Durch Variation von Lichtintensität und -polarisation sowie der Geräteform lassen sich Rollrichtung und Durchmesser genau kontrollieren.

Der Herstellungsprozess ist erstaunlich effizient. Die Forscher beginnen mit einer wasserlöslichen "Opferschicht", auf die sie Azobenzol auftragen. Mittels Stempeltechnik werden Tausende winziger Geräte geformt. Nach dem Aushärten und Ätzen löst sich die Opferschicht auf, sodass die Geräte frei in einer Flüssigkeit schwimmen. Diese Methode ermöglicht die Massenproduktion außerhalb eines Reinraums.


In Experimenten zeigten die MIT-Forscher, dass die Geräte sich eng um stark gekrümmte Axone und Dendriten von Rattenneuronen wickeln können, ohne diese zu schädigen. "Es ist möglich, den Durchmesser des Rollens sehr genau zu steuern. Man kann es stoppen, wenn man eine bestimmte gewünschte Dimension erreicht, indem man die Lichtenergie entsprechend abstimmt", erklärt Deblina Sarkar, leitende Autorin der in Nature Communications Chemistry veröffentlichten Studie.

Eine vielversprechende Anwendung ist der Einsatz als synthetisches Myelin bei Erkrankungen wie Multipler Sklerose, bei denen die natürliche Myelinschicht der Axone - eine fettreiche Isolierschicht um die Nervenfasern, die für eine schnelle und effiziente Signalübertragung sorgt - beschädigt ist. Die Wearables könnten als Isolator dienen und so die Signalübertragung zwischen Neuronen verbessern. Zudem lassen sich die Geräte mit fotoelektrischen Materialien - das sind Stoffe, die auf Licht reagieren und dabei elektrische Signale erzeugen und umgekehrt - kombinieren, was die Integration von Sensoren und Schaltkreisen ermöglicht.

Großes Potenzial

Die Technologie befindet sich noch im Anfangsstadium, zeigt aber großes Potenzial für die Zukunft der Neurowissenschaften und Bioelektronik. Zukünftige Forschungen zielen darauf ab, die Geräteoberflächen so zu modifizieren, dass sie spezifische Zelltypen oder subzelluläre Regionen gezielt ansprechen können. Dies könnte den Weg für präzisere und weniger invasive Methoden zur Untersuchung und Behandlung von Zellen und Neuronen ebnen.


Siehe auch: