От пассивных к интеллектуальным: Биоинженерные органы встречаются с электроникой

Биоинженерные органы больше не являются просто структурными заменителями. Обзор, опубликованный в Trends in Biotechnology, представляет прорывную концепцию: платформы био-гибридных инженерных тканей (BHET) — живые конструкции, интегрированные с электроникой, которые могут отслеживать, модулировать и даже автономно контролировать свои собственные функции.

Обзор описывает, как последние достижения в биофабрикации и биомедицинской электронике продвинули тканевую инженерию на новые рубежи.

Традиционные биоинженерные органы были ограничены в способности воспроизводить сложную и динамичную природу человеческих органов. Платформы BHET стремятся изменить это, превращая пассивные конструкции в интеллектуальные системы.

Авторы классифицируют платформы BHET на три основных типа:

• Платформы «ткань-сенсор» захватывают данные о физиологии в реальном времени, такие как электрическая активность или уровни метаболитов, предоставляя непрерывную информацию о здоровье и функции ткани.
• Платформы «ткань-электромодулятор» активно контролируют поведение ткани с помощью направленной электрической стимуляции, ускоряя созревание ткани или модулируя высвобождение гормонов.
• Платформы «ткань-коммуникатор» интегрируют как сенсорику, так и стимуляцию для обеспечения замкнутой обратной связи, позволяя тканям автономно адаптироваться к сигналам окружающей среды, подобно живым органам.

Эти системы уже показали потенциал в различных областях: органоиды мозга, обучающиеся через нейронную обратную связь; сердечные ткани, синхронизирующие сокращения с внешним водителем ритма; и инженерные β-клетки, высвобождающие инсулин в ответ на электрические сигналы. Такие платформы стирают грань между биологией и машиной, превращая ткани в отзывчивые и программируемые устройства.

Обзор также исследует будущие направления, включая системы управления на основе ИИ, электроды из проводящих гидрогелей и масштабируемые методы 3D-биопечати, которые могут приблизить интеллектуальные тканевые платформы к клиническому применению.

«Внедряя биоэлектронику в тканевую инженерию, мы можем создавать более функциональные и интеллектуальные биоинженерные органы», — сказала профессор Джанг.

«Сочетание этого с аналитикой на основе ИИ позволит биоинженерным органам автономно отслеживать и регулировать свои функции с беспрецедентной точностью».