استفاده از ماهیچه های مصنوعی لیفی به عنوان داربست برای سلول ها

محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی واقع در رالی مرکز این ایالت یک سری الیاف نساجی طراحی کرده اند که این قابلیت را دارد تا مانند ماهیچه تغییر شکل داده و تولید نیرو کند. محققان در نخستین مطالعه خود بر روی تاثیر مواد اولیه بر روی قدرت ماهیچه و طول انقباض تمرکز کردند. یافته های به دست آمده به آن ها کمک کرد تا الیاف مختلفی را برای موارد کاربردی متفاوت طراحی کنند.

به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، محققان در دومین مطالعه خود استفاده از الیاف را به عنوان داربست برای سلول های زنده مورد آزمایش و بررسی قرار دادند. بر اساس یافته ها الیافی که به عنوان "ربات های لیفی" شناخته شده اند این قابلیت را دارند تا در توسعه مدل های سه بعدی از سیستم های زنده و متحرک بدن انسان مورد استفاده قرار بگیرند.

مو امداد الحق، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی نساجی، شیمی و علوم در دانشگاه کارولینای شمالی گفت: "ما دریافتیم که ربات لیفی می تواند یک داربست مناسب برای سلول ها باشد و می توان با تغییر نسبت انقباض و فرکانس، محیط مناسب تری را برای سلول ها ایجاد کرد. این ها همه مطالعات اثبات مفهوم بوده اند و هدف ما در نهایت این است که ببینیم آیا می توان از این الیاف به عنوان داربست برای سلول های بنیادی استفاده کرد و یا برای توسعه ارگان های مصنوعی در مطالعات آینده آن ها را به کار گرفت."

محققان با کپسوله کردن یک لوله بالون مانند تهیه شده از ماده اولیه ای مشابه لاستیک درون یک غلاف نساجی بافته شده موفق به ساخت الیاف تغییر شکل دهنده شدند. باد کردن بالون توسط یک پمپ هوا باعث بزرگ شدن غلاف بافته شده و در نتیجه کوتاه تر شدن آن می شود.

محققان مقدار نیرو و انقباض الیاف مختلف تهیه شده از مواد اولیه متفاوت را اندازه گیری کردند تا متوجه ارتباط بین ماده اولیه و عملکرد الیاف شوند. آن ها دریافتند که هرچه قطر نخ بیشتر و نخ مستحکم تر باشد، نیروی انقباضی بزرگ تری تولید می شود. علاوه بر آن نوع ماده اولیه به کاررفته در تهیه بالون نیز بر مقدار انقباض و نیروی تولید شده اثرگذار است.

ژیائومینگ فنگ، استادیار مهندسی نساجی، شیمی و علوم در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می گوید: "ما متوجه شدیم که می توان ویژگی های ماده اولیه را بر اساس عملکرد مورد نیاز ابزار مورد استفاده طراحی کرد. علاوه بر آن می توان ابزار را به اندازه ای کوچک ساخت که به طور بالقوه امکان استفاده از آن در تولید پارچه و سایر موارد کاربردی منسوجات نظیر دستگاه های کمکی و پوشیدنی وجود داشته باشد."

محققان در مطالعه ای دیگر امکان استفاده از الیاف تغییر شکل دهنده را به عنوان داربست فیبروبلاست-نوعی از سلول که در بافت همبند یافت می شود و به حمایت از سایر بافت ها و ارگان ها کمک می کند-مورد ارزیابی قرار دادند.

جسیکا گلاک، استادیار مهندسی نساجی، شیمی و علوم در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می گوید: "بسط و گسترش ایده جدید در واقع تقلید چگونگی حرکت بدن انسان و طبیعت پویای آن است."

محققان واکنش سلول ها به حرکت الیاف تغییر شکل دهنده و مواد اولیه مختلف به کاررفته در ساختار الیاف را مورد مطالعه و بررسی قرار دادند. آن ها دریافتند که سلول ها این قابلیت را دارند که غلاف بافته شده ربات لیفی را پوشش دهند و یا حتی به درون آن نفوذ کنند. با این حال آن ها مشاهده کردند که زمانی که انقباض ربات لیفی از یک حد مشخصی بیشتر می شود فعالیت متابولیک سلول ها در مقایسه با ابزار تهیه شده از همان ماده اولیه که آن را در حالت ساکن نگه داشته بودند، کاهش پیدا می کند.

محققان مایلند که بفهمند آیا می توان از این الیاف به عنوان یک مدل بیولوژیکی سه بعدی استفاده کرد و این که آیا حرکت باعث ایجاد تمایز بین سلول ها می شود یا خیر. آن ها گفتند که مدلشان در مقایسه با سایر مدل های تجربی موجود که برای نشان دادن واکنش سلولی به کش آمدن و سایر حرکات توسعه یافته بود، پیشرفته تر است چون آن مدل ها تنها قادر به حرکت در دو بعد بودند.

گلاک گفت: "معمولا اگر بخواهید به سلول هایی کشش یا کرنش بدهید آن ها را درون یک ظرف پلاستیکی قرار داده و در یک یا دو جهت می کشید. در این مطالعه ما نشان دادیم که سلول ها در وضعیت دینامیک سه بعدی می توانند تا 72 ساعت دوام بیاورند."

او اضافه کرد: "این قابلیت به ویژه در مورد سلول های بنیادین بسیار مفید است. توجه به اتفاقات سلولی که در اثر تنش مکانیکی بر روی سلول ها رخ می دهد می تواند به انجام اقدامات ما در آینده کمک کند. سلول های ماهیچه ای و روند توسعه آن ها و این که چطور عملیات مکانیکی می تواند به تغییر سلول ها کمک کند می تواند حایز اهمیت باشد."

مرجع:

Laura Oleniacz, “Artificial muscle fibers could serve as cell scaffolds”, WTIN, May 2023