211service.com
I muscoli bionici si rafforzano
I tessuti del cuore sono meccanicamente resistenti ed elettricamente conduttivi e mantengono un battito forte e ritmico, proprietà difficili da imitare in laboratorio. Ma un nuovo materiale ibrido che combina gel cellulare, nanotubi di carbonio resistenti e conduttivi e cellule cardiache viventi imita il tessuto cardiaco naturale con più successo rispetto ai tentativi precedenti. Alla fine il nuovo materiale potrebbe essere utile sia in applicazioni mediche che robotiche.
I tessuti bionici, realizzati da Ali Khademhosseini , professore presso la Divisione di Scienze e Tecnologie della salute di Harvard-MIT a Cambridge, nel Massachusetts, potrebbe fungere da muscoli per macchine biologiche, tessuti viventi programmabili e mobili che portano la biologia sintetica oltre le singole cellule. Molte delle cose che i tessuti naturali e le cellule biologiche possono fare, come percepire e rispondere al loro ambiente, sono difficili da ottenere per gli ingegneri con i materiali sintetici utilizzati nella robotica convenzionale. I ricercatori sperano che la costruzione di macchine da materiali biologici come il tessuto cardiaco amplierà ciò che è possibile. I nuovi tessuti possono nuotare liberi nell'acqua, oscillare avanti e indietro ed eseguire altri movimenti programmati controllandone la forma e lo spessore.
Se questi materiali si rivelano sicuri per l'uso nel corpo umano, potrebbero anche essere usati per riparare i tessuti danneggiati da attacchi di cuore. I ricercatori che progettano i tessuti cardiaci in laboratorio usano spesso polimeri e gel per fornire alle cellule cardiache un ambiente in cui cresceranno e si comporteranno come fanno nel corpo. I materiali risultanti hanno due difetti critici, afferma Khademhosseini. Non corrispondono alla conduttività elettrica del tessuto cardiaco, né sono meccanicamente forti.
Quando il cuore batte, le cellule rispondono a quella forza meccanica e rilasciano sostanze chimiche che incoraggiano la crescita, dice Thomas Webster , un ingegnere chimico della Northeastern University di Boston, che non era coinvolto nel lavoro. E se il cerotto è meno conduttivo rispetto al resto del cuore, i segnali elettrici potrebbero subire dei ritardi. Se un cerotto senza le proprietà giuste viene posizionato sul cuore di un paziente, potrebbe non crescere correttamente e potrebbe non essere in grado di battere a tempo con il resto del cuore, afferma Webster.
Il gruppo di Cambridge risolve questo problema aggiungendo nanotubi di carbonio ai gel per l'ingegneria tissutale. Il risultato è un gel soffice con un groviglio di fibre di carbonio resistenti e conduttive incorporate al suo interno. Khademhosseini ha seminato cellule cardiache su questi gel e ne ha studiato le proprietà. I tessuti bionici erano simili in elasticità al cuore di ratto, molto più elastici rispetto ai precedenti materiali realizzati in laboratorio. Avevano anche una conduttività molto migliore. E i tessuti erano migliori nel lavoro principale del tessuto cardiaco, battendo in sincronia. Khademhosseini ha esposto il tessuto bionico a varie sostanze chimiche e ha scoperto che era relativamente resistente ai danni, forse perché i nanotubi di carbonio forniscono collegamenti elettrici tra le cellule che possono mantenere la comunicazione anche sotto stress. Questo lavoro è descritto online nella rivista ACS Nano .
Webster afferma che prima di poter prendere in considerazione qualsiasi applicazione medica, i ricercatori dovranno dimostrare che i nanotubi di carbonio non sono tossici, soprattutto perché non sono biodegradabili e potrebbero rimanere nel corpo per molto tempo. Nota che anche se i materiali di carbonio stessi sono sicuri, il processo di produzione dei nanotubi potrebbe lasciare tracce di catalizzatori metallici tossici.
Khademhosseini afferma che il primo utilizzo dei materiali potrebbe essere in macchine biologiche utilizzate per valutare e ripristinare ambienti tossici o riparare edifici. L'anno scorso, i ricercatori hanno dimostrato meduse che nuotano libere -come robot e macchine biologiche ambulanti costruito da tessuti cardiaci e polimeri. Ma senza materiali conduttivi, le loro applicazioni sono limitate, affermaRashid Bashir, un bioingegnere dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, che ha realizzato il robot ambulante. Se riesci a modellare il materiale di base, potresti creare circuiti all'interno, dice.