211service.com
Bioniskie muskuļi nostiprinās
Sirds audi ir mehāniski izturīgi un elektriski vadoši, un tie uztur spēcīgu, ritmisku sitienu — īpašības, kuras laboratorijā ir grūti atdarināt. Bet jauns hibrīds materiāls, kas apvieno šūnām draudzīgu želeju, spēcīgas, vadošas oglekļa nanocaurules un dzīvas sirds šūnas, daudz veiksmīgāk nekā iepriekšējie mēģinājumi atdarina dabiskos sirds audus. Galu galā jaunais materiāls varētu būt noderīgs gan medicīnas, gan robotu lietojumos.
Bioniskie audi, ko veido Ali Khademhosseini , Hārvarda-MIT Veselības zinātņu un tehnoloģiju nodaļas profesors Kembridžā, Masačūsetsā, varētu kalpot kā muskuļi bioloģiskām iekārtām — kustīgiem, programmējamiem dzīviem audiem, kas sintētisko bioloģiju izmanto tālāk par atsevišķām šūnām. Daudzas lietas, ko var darīt dabiskie audi un bioloģiskās šūnas, piemēram, uztvert un reaģēt uz savu vidi, inženieriem ir grūti sasniegt, izmantojot tradicionālajā robotikā izmantotos sintētiskos materiālus. Pētnieki cer, ka mašīnu būvēšana no bioloģiskiem materiāliem, piemēram, sirds audiem, paplašinās to, kas ir iespējams. Jaunie audi var peldēt nepiesieti ūdenī, šūpoties uz priekšu un atpakaļ, kā arī veikt citas kustības, kas ieprogrammētas, kontrolējot to formu un biezumu.
Ja šie materiāli izrādās droši lietošanai cilvēka organismā, tos var izmantot arī sirdslēkmes bojāto audu lāpīšanai. Pētnieki, kas laboratorijā izstrādā sirds audus, bieži izmanto polimērus un želejas, lai nodrošinātu sirds šūnām vidi, kurā tās augs un izturēsies tāpat kā organismā. Iegūtajiem materiāliem ir divi kritiski trūkumi, saka Khademhosseini. Tie neatbilst sirds audu elektrovadītspējai, kā arī nav tik mehāniski izturīgi.
Kad sirds pukst, šūnas reaģē uz šo mehānisko spēku un atbrīvo ķīmiskas vielas, kas veicina augšanu, saka Tomass Vebsters , ķīmijas inženieris Bostonas Ziemeļaustrumu universitātē, kurš nebija iesaistīts darbā. Un, ja plāksteris ir mazāk vadošs nekā pārējā sirds, elektriskie signāli var aizkavēties. Ja plāksteris bez pareizajām īpašībām tiek uzlikts uz pacienta sirds, tas var neaugt pareizi un, iespējams, nespēs pārspēt laikā ar pārējo sirdi, saka Vebsters.
Kembridžas grupa šo problēmu atrisina, audu inženierijas gēliem pievienojot oglekļa nanocaurules. Rezultāts ir mīksts gēls, kurā ir iestrādāts spēcīgu, vadošu oglekļa šķiedru mudžeklis. Khademhosseini iesēja uz šiem gēliem sirds šūnas un pētīja to īpašības. Bioniskie audi pēc elastības bija līdzīgi žurkas sirdij — daudz elastīgāki nekā iepriekšējie laboratorijā ražotie materiāli. Viņiem bija arī daudz labāka vadītspēja. Un audi bija labāki sirds audu galvenajā darbā, sita sinhroni. Khademhosseini pakļāva bioniskos audus dažādām ķīmiskām vielām un atklāja, ka tie bija salīdzinoši izturīgi pret bojājumiem, iespējams, tāpēc, ka oglekļa nanocaurules nodrošina elektriskas saites starp šūnām, kas var uzturēt saziņu pat stresa apstākļos. Šis darbs ir aprakstīts tiešsaistes žurnālā ACS nano .
Vebsters saka, ka pirms jebkādu medicīnisku pielietojumu apsvēršanas pētniekiem būs jāpierāda, ka oglekļa nanocaurules nav toksiskas, jo īpaši tāpēc, ka tās nav bioloģiski noārdāmas un, iespējams, ilgstoši paliks organismā. Viņš atzīmē, ka pat tad, ja paši oglekļa materiāli ir droši, nanocauruļu ražošanas process var atstāt toksisku metālu katalizatoru pēdas.
Khademhosseini saka, ka materiālus vispirms var izmantot bioloģiskās iekārtās, ko izmanto toksiskas vides novērtēšanai un atjaunošanai vai ēku remontam. Pagājušajā gadā pētnieki pierādīja brīvi peldošas medūzas -kā roboti un staigājošas bioloģiskās mašīnas veidota no sirds audiem un polimēriem. Bet bez vadošiem materiāliem to pielietojums ir ierobežots, sakaRašids Bašīrs, Ilinoisas Universitātes Urbana-Champaign bioinženieris, kurš izgatavoja staigājošu robotu. Ja jūs varat noformēt pamatmateriālu, jūs varētu izveidot ķēdes iekšpusē, viņš saka.