Naučnici 3D štampali veštački mišić dužice oka koji se savija u oba smera

Tim bioinženjera uspeo je da napravi veštačke mišiće koji se kontrahuju u više pravaca, što je važan korak ka njihovoj primeni u medicini i robotici.

Ako ovaj svetlosno aktivirani materijal zaista funkcioniše, mogao bi olakšati izradu robota

Mnogi mišići rade u paru: da biste ispravili ruku, kontrahujete triceps dok se biceps opušta. Drugi mišići su raspoređeni u složenijim obrascima, poput kružnih mišića sfinktera u dužici oka, koji rade zajedno sa radijalnim dilatatornim mišićima kako bi menjali veličinu zenice.

Složene kombinacije mišića, poput onih u dužici oka, smatraju se ključnim za pretvaranje laboratorijski uzgojenog tkiva iz obećavajuće ideje u alat sa praktičnim primenama.

Tim predvođen profesorkom inženjeringa tkiva sa MIT-a, Ritu Raman, veruje da je pronašao način da izgradi takve mišiće uzgajanjem tankog, jednoslojnog lista skeletnih mišićnih ćelija koje oponašaju raspored mišića u dužici oka. Kao i prirodna dužica, laboratorijski uzgojena verzija reaguje na svetlost kontrahujući se u više pravaca, kako je opisano u nedavno objavljenom radu tima.

Za razliku od prirodne dužice, koja koristi glatke mišiće koje ljudi ne mogu voljno kontrolisati, Ramanin veštački mišić sastoji se od skeletnih mišićnih ćelija genetski modifikovanih da se kontrahuju pod svetlosnom stimulacijom.

3D štampanje mišića na jednostavan način

“Sa dizajnom dužice, verujemo da smo demonstrirali prvi robot sa skeletnim mišićima koji generišu silu u više pravaca”, rekla je Raman za MIT News.

Još impresivnije od toga što su uspeli da naprave mišić koji se savija u više pravaca, jeste način na koji su to uradili: pomoću precizno oblikovanog, ručno korišćenog pečata izrađenog pomoću 3D štampača visoke rezolucije, umesto skupih mikroproizvodnih postrojenja ili složenih tehnika obrade.

Ova tehnika, nazvana STAMP (Simple Templating of Actuators via Micro-topographical Patterning), koristi pečat sa mikroskopskim žlebovima koji se utiskuje u hidrogel, oponašajući vanćelijsko okruženje pravog mišićnog tkiva. U ove žlebove zatim se seju kultivisane mišićne ćelije miševa i ljudi, koje rastu u skladu sa obrascem i formiraju usklađena mišićna vlakna. Ova vlakna su genetski dizajnirana da reaguju na svetlost kontrakcijom.

“Izmerili smo blago sužavanje zenice kao odgovor na kontrakciju ovog mišićnog sloja, što oponaša funkciju prirodne dužice”, navodi tim u svom radu. Drugim rečima – sistem je radio.

Mogućnosti primene u medicini i robotici

Sam veštački mišić nije naročito mali – pečat korišćen za njegovu izradu ima dimenzije u centimetarskom opsegu. Raman kaže da ne postoji ništa što bi sprečilo razvoj većih veštačkih mišića ovom tehnologijom.

“Veličina u ravni nije ograničena – samo bi bilo potrebno više ćelija”, objasnila je Raman. Takođe, mišići bi mogli biti i deblji: “Ovaj rad se bavio samo jednoslojnim mišićnim tkivom, ali planiramo istražiti i višeslojne strukture u budućnosti.”

Iako se u radu pominje upotreba ovih veštačkih tkiva za razvoj mekih, fleksibilnih robota sa većom slobodom pokreta, Raman ističe da njen laboratorijski tim ne radi isključivo na razvoju kiborga.

“Izgradnja mišića u centimetarskom opsegu, kao i razumevanje kako se oni povezuju sa tetivama i kostima, deo je šireg istraživanja u našem laboratorijskom radu”, rekla je. “Naš cilj nije samo da napravimo bolje robote, već i da pomognemo u razvoju terapija koje vraćaju pokretljivost pacijentima sa mišićnim bolestima ili povredama.”

Tim već ima uspeha u toj oblasti: u 2023. godini, Raman i njene kolege objavili su studiju koja pokazuje da su inženjerski mišićni graftovi presađeni miševima sa ozbiljnim gubitkom mišićnog tkiva u zadnjim nogama pomogli u obnovi pokretljivosti.

“Ove mišićne implantate ‘vežbali’ smo svakodnevno, neinvazivno ih stimulišući svetlošću kroz kožu miša”, rekla je Raman tada. “Na taj način smo održavali aktivnost mišićnih implantata dok su se povezivali sa okolnim tkivom.”

Nakon samo dve nedelje, testirani miševi su povratili potpunu funkcionalnu pokretljivost.

Raman i njen tim planiraju dalje razvijati STAMP metod kako bi izgradili veće veštačke mišiće i ispitali može li se ova tehnika koristiti za uzgoj drugih vrsta tkiva.

“Ne postoji ništa što vas sprečava da koristite ovu metodu i za druge vrste ćelija”, zaključila je Raman.

Izvor: Theregister