Redan år 2015 lyckades Magnus Berggrens forskargrupp skapa elektroniska kretsar i växter. Genom att ”vattna” rosor med ledande polymerer fick de det vaskulära systemet i stammen och löven att impregneras med elektroniska system. Genombrottet öppnade ett helt nytt forskningsfält. Senare har forskarna utvecklat tekniken vidare för att utnyttja växter för energilagring och kontrollera deras tillväxttakt på elektronisk väg.

Framstegen bygger på upptäckten att en särskild molekyl spontant polymeriserar i växten och bildar en elektrisk ledare. Men varför det sker var det ingen som förstod.

– Det var ett mysterium. Sen förstod vi att det bland annat var en kombination av olika enzymer och väteperoxid. Snart utvecklades idén att använda samma polymer i nervvävnad för att skapa nya nervtrådar, säger Magnus Berggren.

Plötsligt tvärstopp

De första försöken gjordes i det millimeterstora nässeldjuret Hydra vulgaris. Där fungerade metoden väl. Men när forskarna gjorde om samma försök i däggdjur så tog det tvärstopp.

– Vi fick ingenting att fungera och det kastade oss in i ett år av rent krisarbete.

Motgången fick dem att söka sig tillbaka till de allra första vägvalen i forskningen för att ifrågasatte varje steg. Först när de förstod hur de kunde utnyttja nervsystemets miljö och komponenter hittade de en lösning.   

– När vi knäckte den koden så lyckades vi med våra försök i både blodiglar och zebrafiskar. En av nycklarna var att använda naturligt tillgängligt socker som energikälla.

Hjärtstimulator på spruta

I samarbete med forskare från Lunds universitet och Karolinska Institutet har Magnus Berggren och kollegorna senare utvecklat tekniken till bland annat en form av injicerbar hjärtstimulator. Metoden gör det möjligt att spruta in en mindre mängd kemikalier som formar sig till en ledande elektrod runt hjärtmuskeln. Via elektroden kan sedan hjärtat få den elstöt det behöver för att åter slå regelbundet.

– I dag har vi lyckats polymerisera molekyler både runt hjärtat och i hjärnvävnad. Mest betydelsefullt är att immunsystemet accepterar vårt material utan avstötning. Även de celler som kapslas in fortsätter att leva.

Elektroder som polymeriseras och bildas inne i kroppen har flera fördelar framför dagens elektroder som är gjorda av hårda material och som dessutom normalt kräver komplicerade operationer. Om elektroden i stället kan ges med en spruta öppnas helt nya, enklare och snabbare behandlingsmetoder.

Nästa steg är att kunna fästa och växa elektroderna vid enskilda celler i kroppen för att kunna skapa finmaskiga nätverk mellan cellerna. I framtiden hoppas Magnus Berggren kunna bygga både transistorer och dioder, och även hela kretsar, inuti vävnaden.

För fem år sedan hade jag sagt att det vi gör är omöjligt. Men tack vare våra unga stjärnor i labbet har vi gjort oväntade upptäckter som gjort det möjligt. 

– Vi har även knäckt koden för hur vi kan bygga elektriska ledare runt cellmembranet utan att förhindra de signaler som styr cellernas utveckling och funktion. Nu vill vi se om vi kan skapa ett elektroniksystem som växer fram av sig själv mellan cellerna.

En drivkraft är att kunna göra en skillnad för patienter med olika neurodegenerativa sjukdomar. Kanske är det möjligt att ersätta skadade eller förstörda nervceller med organisk elektronik som ger patienterna sina förlorade förmågor tillbaka.

Ytterligare en möjlighet med tekniken är att utveckla elektroniska kretsar i hjärnan som gör det möjligt att styra mer avancerade proteser – och det med tankekraft.

– Vi har alltid varit fascinerade av gränssnittet mellan biologi och elektronik. Vi är övertygade om att vi kan göra något helt nytt inom området, säger Magnus Berggren.

Hållbara material

Parallellt med sin forskning är Magnus Berggren föreståndare för WISE, The Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability. Satsningen ligger i linje med forskningsmålet att bidra till nya material för ett hållbart samhälle.

– Det är oerhört angeläget att ta fram nya och mer hållbara material. Mänskligheten utvinner ungefär 100 miljarder ton material varje år och en stor mängd av dem återvinns inte.

Ungefär 75 procent av människans koldioxidutsläpp går att härleda till materialutvinning, framställning och olika materialprocesser, betonar han.

– WISE är inne på sitt tredje år och vi har finansierat cirka 230 projekt inom allt från grundläggande och tillämpad forskning till nya infrastrukturer för materialutveckling.

Han betonar vikten av att kunna bidra till andras utveckling, både i rollen som föreståndare och forskningsledare. Sina forskarkollegor beskriver han som superstjärnor.

– Du är aldrig starkare än den organisation du har varit med om att utveckla. Får jag en idé som jag tror på så ger jag bort den direkt. Om du gör det i en grupp med tio personer så får du nio andra idéer tillbaka. Det gör att ni växer som grupp.

Hans forskargrupp sitter i ett öppet kontorslandskap – doktorander och professorer sida vid sida. Något han menar både främjar samarbetet och motverkar den traditionella hierarkin inom forskarvärlden.

– Närheten det ger är oslagbar. Tillsammans gör vi mentala resor som inte vore möjliga att göra ensam. Jag får nypa mig i armen ibland för att förstå hur långt vi faktiskt har kommit, säger Magnus Berggren.

Text Magnus Trogen Pahlén
Foto Magnus Bergström