211service.com
Wzmacniają bioniczne mięśnie
Tkanki serca są mechanicznie twarde i przewodzące elektryczność i utrzymują silny, rytmiczny rytm – właściwości, które trudno naśladować w laboratorium. Jednak nowy materiał hybrydowy, który łączy przyjazny komórkom żel, silne, przewodzące nanorurki węglowe i żywe komórki serca, naśladuje naturalną tkankę serca skuteczniej niż poprzednie próby. Ostatecznie nowy materiał może być przydatny zarówno w zastosowaniach medycznych, jak i robotycznych.
Tkanki bioniczne, wykonane przez Ali Khademhosseini , profesor na Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology w Cambridge w stanie Massachusetts, może służyć jako mięśnie maszyn biologicznych – poruszających się, programowalnych żywych tkanek, które przenoszą biologię syntetyczną poza pojedyncze komórki. Wiele rzeczy, które mogą zrobić naturalne tkanki i komórki biologiczne, takich jak wykrywanie i reagowanie na otoczenie, jest dla inżynierów trudne do osiągnięcia za pomocą materiałów syntetycznych używanych w konwencjonalnej robotyce. Naukowcy mają nadzieję, że budowanie maszyn z materiałów biologicznych, takich jak tkanka serca, rozszerzy to, co jest możliwe. Nowe tkanki mogą swobodnie pływać w wodzie, kołysać się do przodu i do tyłu oraz wykonywać inne zaprogramowane ruchy, kontrolując ich kształt i grubość.
Jeśli materiały te okażą się bezpieczne do stosowania w ludzkim ciele, mogą być również użyte do łatania tkanek uszkodzonych przez zawał serca. Naukowcy zajmujący się inżynierią tkanek serca w laboratorium często używają polimerów i żeli, aby zapewnić komórkom serca środowisko, w którym będą rosnąć i zachowywać się tak, jak w organizmie. Powstałe materiały mają dwie krytyczne wady, mówi Khademhosseini. Nie odpowiadają przewodności elektrycznej tkanki serca ani nie są tak wytrzymałe mechanicznie.
Kiedy serce bije, komórki reagują na tę mechaniczną siłę i uwalniają substancje chemiczne, które pobudzają wzrost, mówi Thomas Webster , inżynier chemik z Northeastern University w Bostonie, który nie był zaangażowany w prace. A jeśli plaster jest mniej przewodzący niż reszta serca, sygnały elektryczne mogą być opóźnione. Jeśli plaster bez odpowiednich właściwości zostanie umieszczony na sercu pacjenta, może nie rosnąć prawidłowo i może nie być w stanie zsynchronizować się z resztą serca, mówi Webster.
Grupa z Cambridge rozwiązuje ten problem, dodając nanorurki węglowe do żeli do inżynierii tkankowej. Rezultatem jest gąbczasty żel z osadzonymi w nim plątaniną mocnych, przewodzących włókien węglowych. Khademhosseini zaszczepił komórki serca na tych żelach i zbadał ich właściwości. Tkanki bioniczne były podobne pod względem elastyczności do serca szczura – znacznie bardziej elastyczne niż wcześniejsze materiały laboratoryjne. Miały też znacznie lepszą przewodność. A tkanki lepiej radziły sobie z głównym zadaniem tkanki serca, bijąc synchronicznie. Khademhosseini wystawił bioniczną tkankę na działanie różnych chemikaliów i stwierdził, że była ona stosunkowo odporna na uszkodzenia – być może dlatego, że nanorurki węglowe zapewniają połączenia elektryczne między komórkami, które mogą utrzymywać komunikację nawet pod wpływem stresu. Ta praca jest opisana online w czasopiśmie ACS Nano .
Webster mówi, że zanim jakiekolwiek zastosowania medyczne będą mogły zostać rozważone, naukowcy będą musieli wykazać, że nanorurki węglowe nie są toksyczne – zwłaszcza, że nie ulegają biodegradacji i prawdopodobnie pozostaną w organizmie przez długi czas. Zauważa, że nawet jeśli same materiały węglowe są bezpieczne, proces produkcji nanorurek może pozostawić ślady toksycznych katalizatorów metalowych.
Khademhosseini twierdzi, że materiały mogą być wykorzystane po raz pierwszy w maszynach biologicznych używanych do oceny i przywracania toksycznego środowiska lub naprawy budynków. W zeszłym roku naukowcy wykazali swobodnie pływająca meduza -jak roboty i chodzące maszyny biologiczne zbudowany z tkanek serca i polimerów. Ale bez materiałów przewodzących ich zastosowania są ograniczone, mówiRaszid Bashir, bioinżynier z University of Illinois w Urbana-Champaign, który stworzył chodzącego robota. Jeśli możesz wzorować materiał bazowy, możesz wykonać obwody wewnątrz, mówi.