Kunsthuid die de tastzin herstelt
De huid is het grootste en zwaarste orgaan van het lichaam. Dankzij de huid kunnen we gelijktijdig een brede waaier van mechanische en thermische stimuli waarnemen. Ze speelt niet alleen een cruciale beschermende rol, maar geeft ook gevoelsprikkels door aan onze hersenen. Door de anatomische kenmerken van de huid, is hij erg moeilijk na te maken.
Zhenan Bao is hoogleraar Chemische ingenieurstechnieken aan de Stanford University en werkt al 10 jaar aan de ontwikkeling van een materiaal dat net als de huid vervormbaar en uitrekbaar is, maar dat zich ook kan herstellen en bovendien tactiele signalen van temperatuur en pijn kan doorsturen naar de hersenen. Zijn doel is om een flexibel elektronisch weefsel te ontwikkelen dat sensoren bevat en dat gebruikt kan worden als bekleding van een prothese bij mensen die een amputatie ondergaan hebben om zo bepaalde gevoelsfuncties van de huid te herstellen.
Samen met andere bio-ingenieurs van de Stanford University, is prof. Bao erin geslaagd om een experimentele kunsthuid te ontwikkelen, een soort plastic vel dat de tastzin kan herstellen bij mensen met een prothese.
De kunsthuid bestaat uit twee lagen: een bovenlaag van een soepel, rubberachtig polymeer die nanobuisjes van koolstof bevat in de vorm van kleine piramides die druk detecteren en meten of die sterk of licht is, en die een elektrisch signaal opwekken. De onderste laag ontvangt de elektrische signalen van de sensoren, analyseert die en zet ze om in biochemische stimuli die compatibel zijn met de zenuwcellen, en vervoert die tot bij de zenuwen.
De gevoeligheid voor natuurlijke druk wordt geoptimaliseerd door de versterking van een wafelmotief dat de aanwezige nanobuisjes van koolstof sterker indrukt. Hoe hoger de druk is, hoe dichter de nanobuisjes bij elkaar komen en hoe sterker het elektrische signaal dat daartussen circuleert. Als de druk ophoudt, verwijderen de nanobuisjes zich weer en houden de signalen op.
Om de mechanische kracht van een object op de huid om te zetten in elektrische signalen van verschillende intensiteit, hebben de onderzoekers gebruikgemaakt van optogenetica. Bij die techniek worden neuronen behandeld met een eiwit, waardoor ze gevoelig worden voor licht, waarna ze met licht geactiveerd kunnen worden. Het elektrische signaal wordt dus omgezet in een lichtpuls die specifieke neuronen activeert en het gevoel van een min of meer sterke druk opwekt.
De optogenetica is een veelbelovend onderzoeksspoor, maar kan evenwel niet worden toegepast op menselijke cellen. Tot dusver heeft prof. Boa trouwens alleen experimenten uitgevoerd op muizen. Als we prothetische ledematen willen ontwikkelen die een meer realistische tastzin mogelijk maken, moeten we dus eerst een manier vinden om alle informatie en de intensiteit daarvan van de prothese naar de hersenen over te brengen, zonder die te beschadigen, en bovendien andere aspecten van de tastzin herstellen: het warmte- en koudegevoel, de zachtheid of ruwheid van texturen, pijn, enz.
Momenteel gaat het dus om een 'veelbelovend' wetenschappelijk succes, dat we 'voorzichtig' moeten interpreteren. Er is nog een lange weg af te leggen voor er een kunsthuid gecreëerd kan worden die de menselijke huid nabootst.