یک تشک متشکل از ژل و حاوی آهنربا با شبیه سازی نیرو‌های مکانیکی اعمال شده بر سلول‌های عضلانی در طول ورزش

به گزارش مجله خبری نگار،این تشک تمرینی جدید ممکن است به آزمایش درمان برای افراد مبتلا به آسیب‌های عضلانی و بیماری‌های عصبی-عضلانی یا رشد عضلات مصنوعی برای استفاده در ربات‌های نرم کمک کند.

در بدن، سلول‌ها از طریق ترکیبی از سیگنال‌های شیمیایی، الکتریکی و مکانیکی به خصوص در حین ورزش با هم ارتباط برقرار می‌کنند. ایجاد تماس مکانیکی با سلول‌های آزمایشگاهی شبه سلول می‌تواند دشوار باشد، زیرا اغلب باعث آسیب به سلول‌ها می‌شوند.

محققان MIT روشی غیر آسیب‌رسان برای شبیه‌سازی اثرات مکانیکی که سلول‌های ماهیچه‌ای اسکلتی در طول ورزش در معرض آن قرار می‌گیرند، ایجاد کرده‌اند. محققان از شما می‌خواهند که آن را به عنوان یک تشک تمرینی برای سلول‌ها در نظر بگیرید.

ریتو رامان، نویسنده مسئول این مطالعه می‌گوید: در اینجا ما می‌خواستیم دو عنصر اصلی ورزش یعنی عناصر شیمیایی و مکانیکی را جدا کنیم تا ببینیم عضلات چگونه به نیرو‌های مکانیکی تمرین واکنش نشان می‌دهند.

محققان به آهن ربا به عنوان راهی برای قرار دادن سلول‌های ماهیچه‌ای در معرض نیرو‌های مکانیکی منظم و مکرر بدون ایجاد آسیب روی آوردند. با مخلوط کردن نانوذرات مغناطیسی موجود در بازار با محلول سیلیکونی لاستیکی، این مخلوط برای تشکیل یک صفحه پخت و به نوار‌های بسیار نازک برش داده شد. با این کار یک تشک اولیه ساخته شد که شامل چهار میله مغناطیسی است که کمی از هم فاصله دارند و بین دو لایه هیدروژل قرار گرفته اند.

سلول‌های عضلانی روی سطح تشک قرار گرفتند و سلول‌های دایره‌ای به تدریج دراز شدند و با سلول‌های همسایه ترکیب شدند تا فیبر‌ها را تشکیل دهند. در زیر تشک ژلی، محققان یک آهنربای خارجی را روی یک مسیر قرار دادند و آن را برای حرکت به جلو و عقب برنامه ریزی کردند. در پاسخ آهنربا‌های تعبیه شده در ژل حرکت کردند، ژل را تکان دادند و نیرو‌هایی مشابه آنچه سلول‌ها در طول تمرین در دنیای واقعی تجربه می‌کردند، ایجاد کردند. آن‌ها به مدت ۱۰ روز و روزی ۳۰ دقیقه به سلول‌ها ورزش می‌دادند. گروهی از سلول‌های عضلانی تمرین‌نشده به عنوان عوامل کنترل کننده عمل کردند.

رامان گفت: ما بزرگنمایی کردیم و از ژل عکس گرفتیم و متوجه شدیم که این سلول‌های تحریک شده مکانیکی بسیار متفاوت از سلول‌های تحت کنترل هستند.

محققان متوجه شدند که سلول‌های تمرینی بلندتر شده و به فیبر‌هایی تبدیل می‌شوند که در یک جهت قرار دارند. در مقابل، سلول‌های تحت کنترل تمایل داشتند دایره‌ای باقی بمانند و به طور تصادفی در یک راستا قرار گرفتند.

در شرایط عادی، سلول‌های ماهیچه‌ای در پاسخ به تکانه الکتریکی عصب منقبض می‌شوند، اما در شرایط آزمایشگاهی، ممکن است به سلول‌ها آسیب برساند. بنابراین، محققان به طور ژنتیکی سلول‌ها را طوری مهندسی کردند که در پاسخ به نور آبی منقبض شوند.

رامان می‌گوید: وقتی نور را به ماهیچه‌ها می‌تابانیم، می‌توان مشاهده کرد که سلول‌های تحت کنترل در حال ضرب و شتم هستند، اما برخی از فیبر‌ها به این سمت، در کل انقباضات بسیار ناهمزمانی تولید می‌کنند. در حالی که با الیاف هم تراز، همه آن‌ها در یک زمان و در یک جهت می‌کشند و می‌زنند.

محققان می‌گویند که این ژل تمرینی جدید می‌تواند به عنوان یک روش سریع و غیر تهاجمی برای شکل دادن به فیبر‌های عضلانی و مطالعه نحوه واکنش آن‌ها به ورزش استفاده شود که ممکن است درمان‌هایی را برای کمک به افراد در بهبود آسیب‌های عضلانی و اختلالات عصبی عضلانی شناسایی کند. آن‌ها قصد دارند انواع سلول‌های دیگر را روی ژل رشد دهند تا در مورد نحوه پاسخ آن‌ها به ورزش تحقیق کنند.

رامان گفت: شواهدی از زیست‌شناسی وجود دارد که نشان می‌دهد بسیاری از انواع سلول‌ها به تحریک مکانیکی پاسخ می‌دهند و این پل ابزار جدیدی برای مطالعه این تعامل است.