آزمایش دقیق بافت انسانی با ساخت دستگاه الکترومغناطیسی جدید

محققان یک دستگاه الکترومغناطیسی ساخته اند که استاندارد جدیدی را برای آزمایش دقیق بافت انسانی تعیین می کند.

به گزارش تکناک، این دستگاه که اندازه گیری دقیق انواع بافت های نرم بیولوژیکی را امکان پذیر می کند، انجام آزمایش های مکانیکی بر روی نمونه هایی به اندازه نمونه های بیوپسی انسانی را فراهم می کند و به ویژه برای تحقیقات در مورد بیماری های انسانی مفید است.

خواص مکانیکی بافت‌های نرم بدن، از جمله سفتی و استحکام، در عملکرد صحیح آن‌ها نقش حیاتی دارد. به عنوان مثال، نرمی بافت‌های دستگاه گوارش حرکت و هضم غذا را تسهیل می‌کند، در حالی که تاندون‌ها که نسبتاً سفت‌تر هستند، نیرو را از ماهیچه‌ها به استخوان‌ها منتقل می‌کنند و حرکت را امکان‌پذیر می‌کنند.

توانایی اندازه‌گیری دقیق خواص مکانیکی این بافت‌ها، که در طول فرآیندهای رشد یا به دلیل بیماری در معرض تغییر هستند، پیامدهای عمیقی برای زمینه‌های زیست‌شناسی و پزشکی دارد. روش‌های اندازه‌گیری این ویژگی‌ها در حال حاضر ناکافی هستند و دقت و قابلیت اطمینان آن‌ها تاکنون محدود بوده است.

تحقیقات جدید که توسط محققان دانشگاه کمبریج و موسسه مهندسی پزشکی و علوم MIT (IMES) انجام شده است منجر به تولید دستگاهی شده است که بر پایه تحریک مغناطیسی و حسگر نوری به طور بالقوه امکان تصویربرداری زنده از بافت را در زیر میکروسکوپ معکوس فراهم می کند. به این ترتیب، می توان بینشی در مورد رفتار بافت تحت نیروهای مکانیکی در هر دو سطح سلولی و مولکولی به دست آورد. نتایج این تحقیق در مجله Science Advances گزارش شده است.

این دستگاه به این شکل کار می کند که یک الکترومغناطیس، نیروی کششی بر روی نمونه بافتی نصب شده روی دستگاه اعمال می کند و یک سیستم نوری تغییر اندازه یا شکل نمونه را اندازه گیری می کند.

دکتر تیری ساوین، دانشیار مهندسی زیستی، که رهبری تیم تحقیقاتی را بر عهده داشت، گفت یکی از حیاتی ترین الزامات برای آزمایش مکانیکی بافت های نرم بیولوژیکی، شبیه سازی شرایط واقعی فیزیولوژیکی نمونه بیولوژیکی (مانند دما، مواد مغذی) است تا بافت زنده بماند و خواص بیومکانیکی آن حفظ شود. برای این منظور، ما یک محفظه نصب شفاف برای اندازه‌گیری خواص مکانیکی بافت‌ها در مقیاس میلی‌متری در محیط فیزیولوژیکی و شیمیایی بومی آنها طراحی کردیم. نتیجه یک دستگاه همه کاره تر، دقیق تر و قوی تر است که قابلیت اطمینان و تکرارپذیری بالایی را نشان می دهد.

محققان برای ارزیابی مستقیم عملکرد دستگاه الکترومغناطیسی آزمایش دقیق بافت انسانی خود، مطالعه ای بر روی بیومکانیک مری موش و لایه های سازنده آن انجام دادند. مری لوله ای عضلانی است که گلو را به معده متصل می کند و از چندین لایه بافتی تشکیل شده است. محققان از این دستگاه برای انجام اولین بررسی بیومکانیکی هر یک از سه لایه مجزای بافت مری موش استفاده کردند. یافته‌های آن‌ها نشان داد که مری مانند یک ماده کامپوزیت سه لایه است که به صورت معمول در کاربرد های مهندسی استفاده می‌شود. با توجه به دانش محققان، این اولین نتایج به دست آمده از خواص مکانیکی هر لایه مجزا از مری است.

دکتر آدرین هالو، عضو موسسه تحقیقات سرطان Gurdon انگلستان گفت: مطالعه ما قابلیت اطمینان افزایش یافته دستگاه الکترومغناطیسی را نشان داد و خطاهایی را در پاسخ تنش-کرنش کمتر از 15٪ ایجاد کرد. این سطح از دقت قبلاً دیده نشده بود. ما امیدواریم که این دستگاه در نهایت به استاندارد جدیدی در زمینه بیومکانیک بافت تبدیل شود و یک مجموعه داده استاندارد شده برای توصیف مکانیک بافت نرم موش و انسان در سراسر جهان ارائه کند.

لوکا روزالیا کاندیدای مقطع دکتری در IMES، اضافه کرد: از طریق تجزیه و تحلیل بیومکانیک بافت‌های سالم و تغییرات آن‌ها در حین بیماری، دستگاه ما در نهایت می‌تواند برای شناسایی تغییرات در ویژگی‌های بافت که دارای اهمیت تشخیصی هستند، استفاده شود، بنابراین به ابزاری ارزشمند برای آگاهی دادن در تصمیمات بالینی تبدیل می‌شود.