Wallenberg Scholars

Han omvandlar elektroniska signaler till biologiska signaler

Att kunna styra celler i människokroppen med hjälp av elektroniska komponenter och på så vis behandla sjukdomar och skador i ryggmärgen eller hjärnan låter otroligt. Men Magnus Berggren och hans forskargrupp har visat att det går. De forskar inom ett relativt nytt och mycket spännande område – organisk bioelektronik.

Än återstår det många år av utveckling och försök innan man kan börja behandla patienter, men Berggrens grupp har visat att de har hittat en fungerande princip. Kortfattat kan man säga att Magnus Berggren vill översätta elektroniska signaler till kemiska för att styra biologiska processer.

Detta sker genom att de laddningsbärande elektronerna »översätts« till joner eller kemiska molekyler i så kallade organiska bioelektroniska komponenter. Dessa komponenter består av elektriskt ledande plastfilmer som kan transportera och »översätta« elektriska signaler till kemiska. Genom en elektrisk laddning kan man sedan styra cellernas signalering.

Tillämpningar finns inom en rad områden; medicin, växtbiologi, pappersbaserad elektronik och på sikt även energiomvandling.

Magnus Berggren utsågs som 34-åring till professor i organisk elektronik vid Linköpings universitet. Då hade han redan hunnit med att vara vd för ett forskningsbaserat företag, och jobbat på forskningsinstitutet Acreo som utvecklar forskningsidéer till kommersiellt gångbara produkter. Sedan han återvände till universitet på heltid har han varit inblandad i flera banbrytande upptäckter inom olika tillämpningsområden.

Från att i början av karriären har varit inriktad på pappers - baserad elektronik har han allt mer flyttat över intresset till det medicinska området. Man skulle kunna beskriva honom lite som en rastlös renässansmänniska i modern tappning, en beskrivning han nog själv skulle värja sig för. 

– Jag gillar helt enkelt att hålla på med olika grejor. Kanske är det för att jag tröttnar snabbt och vill vidare till nya utmaningar. Det är ju också forskarens uppgift att skapa ny kunskap.

Lagarbete

Magnus Berggren lyfter hela tiden fram sin forskningsgrupp och understryker att de är många som är delaktiga i de framgångar som han och gruppen haft.

– Man kan inte producera allt själv. Det handlar om att omge sig med rätt personer och bygga ett öppet klimat där man litar på varandra, det är då idéerna kommer. I dag är en stor del av min uppgift att få mina kollegor att våga testa nya idéer.

Alla de nya rön som Berggren och hans mycket tvärvetenskapliga grupp kommit med de senaste åren är bevis nog på att det är ett framgångsrecept.

– Gruppen består av kemister, biologer, fysiker och elektronikforskare. Det gemensamma är att vi alla jobbar med organiska elektroniska polymer, plaster, berättar Berggren.

Bland annat arbetar de med att skapa organiska komponenter som med hjälp av elektroniska signaler kan styra biologiska funktioner och reaktioner.

– Vi vill översätta elektroniska signaler till biologiska och omvänt. Vi har till exempel skapat en elektronisk jonpump som kan användas i organ och i cellkulturer för att styra och reglera fysiologiska processer.

Genom att på elektronisk väg skapa jonströmmar och kemiska gradienter kan forskarna skaffa nya kunskaper om olika signalvägar i celler och vävnad vilket kan komma till nytta vid utvecklingen av framtida läkemedel och behandlingsmetoder.

"Som Wallenberg Scholar kan man ägna sig åt djärva högriskprojekt som antingen kan leda till misslyckanden eller forskningsgenombrott. För mig var beskedet om att jag blev en Wallenberg Scholar en otrolig tajming; jag får nu fria pengar i en stund då vi precis gör nya fantastiska upptäckter i labbet. Vi kan sätta högsta fart omedelbart med att testa våra hypoteser."

Nya behandlingar av sjukdomar

Deras forskning har också resulterat i en slags kemisk volymkontroll som i framtiden förhoppningsvis kommer att kunna används som protes vid hörselskador.

– Det mest fascinerande med det var att vi kunde översätta elektroniska signaler till neurotransmittorer.

En neurotransmittor, som också kallas signalsubstans, är en molekyl som förmedlar en nervsignal på kemisk väg från en nervcell till en annan i nervsystemet. Förhoppningen är också att på sikt snabbt och med hög precision kunna frisätta komplexa blandningar av substanser i kroppen för behandling av till exempel epilepsi eller Parkinsons sjukdom. Men tillämpningarna är inte bara medicinska. Jonpumpen används även inom växtforskningen i ett försök att skapa att styra växters tillväxt.

Som Wallenberg Scholar ska Magnus Berggren jobba vidare med det kemiska chipet som gruppen utvecklat.

– Det är en utveckling av jontransistorer och jondioder som ger oss nya möjligheter att styra signalvägarna i biologiska system. Vi kan exempelvis skicka ut signaler till synapserna i en muskel, där signalsystemet av någon anledning inte fungerar. Vi vet att våra chip fungerar med vanliga signalsubstanser, som exempelvis acetylkolin. Vi vill nu jobba vidare med att bland annat öka farten på jonerna, säger Magnus Berggren.

Beroendeframkallande upptäckter

Hans första stora upptäckt kom redan under doktorandtiden då han studerade lysdioder baserade på organiska material.

– Tanken var att göra en komponent som gav vitt ljus, genom att blanda färger. Jag satt med min biträdande handledare, professor Göran Gustafsson, när vi upptäckte att vi genom att ändra spänningen kunde styra färgerna. Vi förstod direkt att det var något stort. Att upptäcka något nytt är en kick, en känsla som man blir beroende av. Det är det som gör att man vill arbeta vidare.

Ett nytt område som Magnus och forskargruppen börjat arbeta med är en ny variant av elektrokemi.

– Jag tror att det med hjälp av elektrokemi går att ta fram nya material och komponenter.

Text Carina Dahlberg
Bild Magnus Bergström