Исследователи создали магнитосодержащий гелевый коврик, который имитирует механические силы, действующие на мышечные клетки во время тренировки. Новый «тренировочный коврик» может помочь в тестировании методов лечения людей с мышечными травмами и нервно-мышечными заболеваниями или в выращивании искусственных мышц для использования в мягких роботах.
В организме клетки общаются посредством комбинации химических, электрических и механических сигналов, особенно во время физических упражнений. При использовании клеток, изготовленных в лаборатории, создание реалистичного механического контакта между клетками может быть затруднительно, поскольку это часто может привести к повреждению клеток.
Исследователи из Массачусетского технологического института создали не повреждающий способ моделирования механических эффектов, которые клетки скелетных мышц подвергаются воздействию во время физических упражнений. Они хотят, чтобы вы воспринимали это как тренировочный коврик для клеток.
«Здесь мы хотели разделить два основных элемента упражнений — химический и механический — чтобы увидеть, как мышцы реагируют исключительно на механические силы упражнений», — сказала Риту Раман, автор исследования.
Исследователи обратились к нам. к магнитам как к способу подвергать мышечные клетки регулярным и повторяющимся механическим воздействиям, не вызывая повреждений. Смешивая коммерчески доступные магнитные наночастицы с эластичным раствором силикона, смесь затвердевала, образуя плиту, и нарезалась на очень тонкие бруски. Был создан прототип коврика, состоящий из четырех магнитных стержней, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга и зажатых между двумя слоями гидрогеля.
Мышечные клетки помещали на поверхность мата, и круглые клетки постепенно удлинялись и сливались с соседними клетками, образуя волокна. Под гелевым ковриком исследователи поместили внешний магнит на дорожку и запрограммировали его на движение вперед и назад. Магниты, встроенные в гель, двигались в ответ, раскачивая гель и создавая силы, аналогичные тем, которые испытывают клетки во время реальных упражнений. Они «тренировали» клетки по 30 минут в день в течение 10 дней. Группа нетренированных мышечных клеток служила контролем.
«Затем мы уменьшили масштаб, сфотографировали гель и обнаружили, что эти механически стимулированные клетки сильно отличаются от контрольных клеток», — сказал Раман.
Они обнаружили, что подвергнутые воздействию клетки выросли длиннее и превратились в волокна, которые выровнены в одном направлении. Напротив, контрольные клетки, как правило, оставались круглыми и располагались беспорядочно.
В нормальных условиях мышечные клетки сокращаются в ответ на электрический импульс нерва, но в лабораторных условиях это может повредить клетки. Итак, исследователи генетически сконструировали клетки так, чтобы они сокращались в ответ на синий свет.
«Когда мы освещаем мышцы мышцами, вы можете видеть, как бьются контрольные клетки, но некоторые волокна бьются таким образом, некоторые таким образом, и в целом это приводит к очень асинхронным подергиваниям», — сказал Раман. «В то время как при совмещенных волокнах все они тянут и бьют одновременно и в одном направлении».
Исследователи говорят, что новый «гель для тренировок» можно использовать как быстрый и неинвазивный способ формирования мышечных волокон и изучения того, как они реагируют на физические упражнения, что может помочь определить методы лечения, которые помогут людям восстановиться после мышечных травм и нервно-мышечных расстройств. Они также планируют вырастить на геле другие типы клеток, чтобы изучить, как они реагируют на «упражнения».
«Есть данные биологии, позволяющие предположить, что многие типы клеток реагируют на механическую стимуляцию», — Раман. сказал. «И это новый инструмент для изучения взаимодействия».
Исследование опубликовано в журнале Device.
