Znajdź zawartość

Inżynierowie z California Institute of Technology (Caltech) i Jet Propulsion Laboratory (JPL) stworzyli inspirowany kolczugami materiał, który pod wpływem przyłożonego napięcia zmienia się z miękkiego i giętkiego w sztywny. Materiał taki może przydać się do tworzenia egzoszkieletów czy rusztowań zmieniających swoją sztywność w miarę gojenia się ran. Być może posłuży też do budowy... mostów, które można będzie przywieźć na miejsce w rolce, rozwinąć i usztywnić. Chcieliśmy stworzyć materiał, który zmienia sztywność na żądanie, mówi profesor Chiara Daraio. Naszym celem było uzyskanie tkaniny, która z miękkiej w kontrolowany sposób staje się sztywna, dodaje. Takie materiały spotykaliśmy dotychczas w literaturze. Dość przypomnieć tutaj kolczugę z mithrilu, którą Frodo otrzymał od Bilba czy pelerynę Batmana z filmu Batman Begins. W życiu codziennym dość często spotykamy się z materiałami, których sztywność została zmieniona. Wystarczy przypomnieć sobie np. paczkę próżniowo zapakowanej kawy. Jest sztywna i twarda, jednak natychmiast po przebiciu opakowania całość staje się miękka. Takie struktury jak kawa czy piasek mają złożone kształty, nie są ze sobą połączone i mogą usztywniać się tylko pod wpływem kompresji. Z kolei kolczuga, złożona z połączonych metalowych pierścieni może stawać się sztywna zarówno gdy ją ściśniemy, jak i gdy ją rozciągniemy. I to właśnie ta jej właściwość zainspirowała naukowców. Przetestowaliśmy wiele różnych cząstek, by sprawdzić, które są zarówno elastycznej, jak i można nadać im sztywność. Okazało się, że te, które zyskują sztywność tylko podczas jednego z rodzajów przyłożonej siły (ściskania lub rozciągania) nie sprawują się najlepiej, mówi profesor Daraio. Uczeni sprawdzili więc całą gamę kształtów, od połączonych pierścieni, poprzez połączone sześciany po połączone ośmiościany foremne, które przypominają dwie piramidy złączone podstawami. W modelowaniu interakcji tego typu struktur brał udział profesor Jose E. Andrade, specjalista od modelowania zachowania materiałów ziarnistych. Materiały ziarniste to piękny przykład złożonego systemu, w którym proste interakcje na poziomie poszczególnych ziaren mogą przekładać się na złożone zmiany strukturalne całości, mówi Andrade. Naukowcy prowadzili symulacje komputerowe oraz wytwarzali za pomocą drukarek 3D obiecujące struktury i testowali je w laboratorium. Podczas testów materiały albo ściskano w komorach próżniowych albo zrzucano na nie ciężary. W jednym przypadku taka „kolczuga” utrzymała masę 50-krotnie większą od własnej masy. Testy wykazały, że strukturami o największych zmianach właściwości mechanicznych pomiędzy stanem elastycznym a sztywnym, były struktury o największej średniej liczbie punktów stycznych pomiędzy tworzącymi je elementami. Tego typu tkaniny mają największy potencjał. Mogą być lekkie, miękkie i wygodne w użyciu, a pod wpływem przyłożonej siły stają się sztywną strukturą, która może wspierać i chronić właściciela, wyjaśnia Yifan Wang, jeden z autorów badań. Jak już wspomnieliśmy, taki materiał może posłużyć również do budowy mostów. Jak więc spowodować, by coś, co zostało przywiezione w rolce utrzymało ludzi czy pojazdy? Profesor Daraio mówi, że przez taki materiał można np. przeciągnąć liny, za pomocą których materiał zostanie ściśnięty i usztywniony. Te liny będą działały tak, jak troczki, za pomocą których ściągamy np. kaptur, wyjaśnia. « powrót do artykułu

Analizując reakcje komórek nabłonka gruczołu mlekowego na zmieniającą się sztywność hydrożelu, bioinżynierowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego odkryli, że kilka szlaków współdziała ze sobą, sprzyjając przekształceniu komórek piersi w komórki rakowe. Wyniki opublikowane na łamach Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) mogą stanowić inspirację dla nowych metod leczenia pacjentek i hamowania wzrostu guzów. Dynamicznie modulując sztywność mikrośrodowiska, możemy lepiej odtwarzać w laboratorium procesy zachodzące podczas transformacji komórek sutka w komórki złośliwe - podkreśla prof. Adam Engler. Od jakiegoś czasu wiadomo, że w rozwoju i rozprzestrzenianiu nowotworu ważną rolę odgrywają nie tylko sygnały genetyczne i biochemiczne, ale i siły mechaniczne. W przeszłości wykazano, że modelowanie sztywnego środowiska in vitro sprzyja wzrostowi guzów. Często jednak modele te nie odtwarzają w pełni tego, co się dzieje w ciele, bo są statyczne. Sztywnienie tkanek jest zaś procesem dynamicznym [...]. Zespół Englera stworzył więc system, w którym sztywność może być dynamicznie dostrajana. Później trzeba patrzeć, jak komórki reagują na zmiany sztywności. Próbujemy odtworzyć proces włóknienia podczas postępującego rozwoju guza - tłumaczy dr Jesse Placone. Podczas testów zastosowano hydrożel (materiał na bazie kwasu hialuronowego), który można było w różnym stopniu utwardzać za pomocą wolnych rodników i ultrafioletu. Na początku hydrożel utwardzono w takim stopniu, by oddawał sztywność zdrowej tkanki. Później w żelu hodowano komórki nabłonka gruczołu mlekowego (ang. mammary epithelial cells, MEC). Gdy komórki dojrzały, sztywność zwiększano do poziomu występującego w raku sutka. Jak podkreślają Amerykanie, dawka UV, jaka była do tego konieczna, nie uszkadzała komórek. Okazało się, że sztywnienie aktywowało kilka szlaków, które łącznie sygnalizowały MEC, by stały się komórkami rakowymi. Kluczowymi "graczami" były białka: TWIST1, TGF-beta, SMAD i YAP. Zauważyliśmy, że w dynamicznym środowisku te różne szlaki współdziałają. Nie wystarczy zahamowanie jednego z nich, jak wcześniej wykazano w badaniach polegających na modelowaniu statycznych sztywnych środowisk. Z klinicznego punktu widzenia sugeruje to, że terapia monolekowa może się nie sprawdzić u wszystkich chorych z rakiem piersi. Naukowcy odkryli też, że subpopulacja komórek gruczołu mlekowego nie reaguje na sztywnienie. Wg Englera, to dobra wiadomość, gdyż w wyniku samych oddziaływań środowiska przemianę nowotworową przejdzie mniej komórek niż dotąd sądzono. Jeśli efekt ten występuje także u chorych, może to oznaczać mniejszą liczbę albo mniejsze gabaryty guzów pierwotnych. W niedalekiej przyszłości zespół chce poszukać substancji, które mogłyby hamować zidentyfikowane szlaki i sprawdzić, jak wpływają one na rozwój guza. « powrót do artykułu