إحداث ثورة في البيولوجيا الميكانيكية: جهاز كهرومغناطيسي جديد يضع معيارًا جديدًا لاختبار الأنسجة
رسم توضيحي لأداة لاختبار الشد للأنسجة البيولوجية الرخوة التي تعتمد على التفاعل بين مغناطيس كهربي وحبة مغناطيسية حديدية. يوفر العنصر الطافي بين النسيج والحبة ثباتًا ميكانيكيًا أثناء الاختبار. سيساعد توصيف الخصائص الميكانيكية الحيوية للأنسجة الحية بدقة عالية في توضيح التغييرات في وظيفتها أثناء نمو الأعضاء وعلم وظائف الأعضاء والمرض. الائتمان: BioHues Digital
وفقًا للباحثين، وضع جهاز كهرومغناطيسي رائد معيارًا جديدًا للدقة في مجال البيولوجيا الميكانيكية. يتيح هذا الجهاز، الذي يتيح القياس الدقيق لمجموعة متنوعة من الأنسجة البيولوجية الرخوة، إجراء اختبارات ميكانيكية على عينات بحجم عينات الخزعة البشرية، مما يجعلها مفيدة بشكل خاص للبحث في الأمراض البشرية.
تلعب الخصائص الميكانيكية للأنسجة الرخوة بالجسم، بما في ذلك الصلابة والقوة، دورًا حيويًا في أدائها السليم. على سبيل المثال، تُسهِّل ليونة أنسجة الجهاز الهضمي حركة الطعام وهضمه، بينما تنقل الأوتار، التي تكون أكثر تيبسًا نسبيًا، القوة من العضلات إلى العظام وتمكن من الحركة.
إن القدرة على قياس الخواص الميكانيكية لهذه الأنسجة بدقة، والتي تخضع للتغيير أثناء عمليات النمو أو بسبب المرض، لها آثار عميقة على مجالات البيولوجيا والطب. طرق قياس هذه الخصائص غير كافية حاليًا، ولا تزال دقتها وموثوقيتها محدودة – حتى الآن.
نتج عن بحث جديد شارك فيه باحثون من جامعة كامبريدج ومعهد MIT للهندسة الطبية والعلوم (IMES) جهازًا يعتمد على التشغيل المغناطيسي والاستشعار البصري، مما يسمح بالتصوير الحي للأنسجة تحت مجهر مقلوب. بهذه الطريقة، يمكن اكتساب رؤى حول سلوك الأنسجة تحت قوى ميكانيكية على المستويين الخلوي والجزيئي. تم نشر النتائج في مجلة Science Advances .
يمارس المغناطيس الكهربائي قوة سحب على عينة الأنسجة المثبتة على الجهاز، بينما يقيس النظام البصري تغير العينة في الحجم أو الشكل.
“أحد أهم المتطلبات للاختبار الميكانيكي للأنسجة البيولوجية الرخوة هو الحاجة إلى محاكاة الظروف الفسيولوجية للعينة البيولوجية (مثل درجة الحرارة والمغذيات) قدر الإمكان، من أجل الحفاظ على الأنسجة حية والحفاظ على خصائصها الميكانيكية الحيوية،” قال الدكتور تييري سافين، الأستاذ المشارك في الهندسة الحيوية، الذي قاد فريق البحث. “لتحقيق هذه الغاية، قمنا بتصميم غرفة تثبيت شفافة لقياس الخواص الميكانيكية للأنسجة – بمقياس ملليمتر – في بيئتها الفيزيولوجية والكيميائية الأصلية. والنتيجة هي جهاز أكثر تنوعًا ودقة وقوة يُظهر موثوقية عالية وقابلية استنساخ. “
لتقييم أداء أجهزتهم الكهرومغناطيسية بشكل مباشر، أجرى الباحثون دراسة حول الميكانيكا الحيوية لمريء الفأر والطبقات المكونة له. المريء هو الأنبوب العضلي الذي يربط الحلق بالمعدة ويتكون من طبقات أنسجة متعددة. استخدم الباحثون الجهاز لإجراء أول تحقيق بيوميكانيكي لكل طبقة من الطبقات الثلاث الفردية لنسيج المريء لدى الفأر. أظهرت النتائج التي توصلوا إليها أن المريء يتصرف مثل مادة مركبة من ثلاث طبقات مماثلة لتلك المستخدمة بشكل شائع في العديد من التطبيقات الهندسية. على حد علم الباحثين، هذه هي النتائج الأولى المكتسبة للخصائص الميكانيكية لكل طبقة فردية من المريء.
قال الدكتور Adrien Hallou ، زميل ما بعد الدكتوراه في Wellcome Trust / Cancer Research UK Gurdon: “أظهرت دراستنا الموثوقية المعززة للجهاز الكهرومغناطيسي، مما أدى إلى حدوث أخطاء في استجابة الإجهاد والانفعال أقل من 15٪ – وهو مستوى من الدقة لم نشهده من قبل”. معهد. “نأمل أن يصبح هذا الجهاز في نهاية المطاف المعيار الجديد في مجال الميكانيكا الحيوية للأنسجة، حيث يوفر مجموعة بيانات موحدة لتوصيف ميكانيكا الأنسجة الرخوة والفأر البشري عبر اللوحة.”
لوكا روزاليا ، دكتوراه. مرشح في IMES، أضاف: “من خلال تحليل الميكانيكا الحيوية للأنسجة السليمة وتغيراتها عند حدوثها أثناء المرض، يمكن استخدام جهازنا في النهاية لتحديد التغييرات في خصائص الأنسجة ذات الصلة بالتشخيص، وبالتالي يصبح أداة قيمة لإعلام السريرية قرارات.”
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
