Znajdź zawartość

Uczeni z University of Illinois, zainspirowani naturą, wyposażyli kompozyt w „system krwionośny" uzyskując w ten sposób wielofunkcyjny materiał, potencjalnie zdolny do samonaprawiania się, samochłodzenia, wykazujący cechy metamateriału i mający wiele innych zalet. Umieszczając w kompozycie płyn, możemy w prosty sposób uzyskać materiał o wielu różnych właściwościach. Stworzyliśmy materiały z ‚układem krążenia', które mogą niemal wszystko - mówi profesor inżynierii kosmicznej Scott White, który stał na czele grupy badawczej. Kompozyty to struktury zbudowane z co najmniej dwóch materiałów, które charakteryzują się właściwościami obu części składowych. Zespół z Illinois opracował kompozyt wzmacniany włóknami, w którym zastosowano mikrokanaliki wypełniane płynami lub gazami. Profesor Jeffrey Moore, specjalizujący się w chemii, inżynierii i materiałoznawstwie, zauważa: Drzewa to niezwykłe materiały i jednocześnie dynamiczne struktury. Mogą pompować płyny, przenosić energię i masę z korzeni do liści. Nasze badania to pierwszy krok w stworzeniu podobnie działających materiałów syntetycznych. Kluczem do wykonania nowego materiału było odpowiednie zmodyfikowanie komercyjnie dostępnych włókien używanych do wzmacniania kompozytów. Zespół z Illinois zmienił je tak, że rozpadały się pod wpływem wysokiej temperatury. Wówczas po podgrzaniu kompozytu włókna odparowywały, pozostawiając mikrokanaliki. Uczeni zademonstrowali następnie cztery różne klasy materiałów utworzonych tą metodą. Pokazali kompozyty przydatne do regulowania temperatury, które uzyskali wstrzykując w mikrokanaliki gorące lub zimne ciecze. Wypełnienie ‚systemu krwionośnego' środkami chemicznymi pozwalało na przeprowadzanie różnych reakcji, dzięki czemu doprowadzono np. do pojawienia się luminescencji w kompozycie. Z kolei wtłaczając w mikrokanaliki płyt przewodzący prąd lub też ferrofluid mogli manipulować właściwościami elektrycznymi i magnetycznymi materiału, co może okazać się przydatne np. przy produkcji pojazdów niewykrywalnych dla radarów. To nie jest po prostu kolejne urządzenie z mikrokanalikami. To nie system na chipie. To nowy materiał strukturalny, zdolny do naśladowania systemów biologicznych. To wielki krok naprzód - powiedziała profesor inżynierii materiałowej i kosmicznej Nancy Sottos.

Badania nad fizjologią naczyń krwionośnych mają wiele istotnych zastosowań. Pozwalają lepiej zrozumieć ludzki organizm, poprawić skuteczność wspierających ich terapii, mają też nieocenioną wartość poznawczą. Ich przeprowadzenie bywa jednak problematyczne, gdyż ze względu na swoją bolesność lub stopień ryzyka mogą być trudne do zaakceptowania z punktu widzenia etyki. Z tego powodu poszukuje się modeli badawczych, umożliwiających poszerzanie wiedzy bez ingerencji w ciało człowieka. Jeden z nich, zapowiadający się bardzo obiecująco dla badaczy, opracowali naukowcy z Helmholtz Association of German Research Centres, niemieckiego zrzeszenia ośrodków badawczych. Opracowana przez Niemców metoda pozwala na stworzenie w organizmie myszy fragmentu układu krwionośnego, który rozwija się z ludzkich komórek i jest dokładnym odzwierciedleniem unaczynienia ludzkich narządów. Pozwala to rozwiązać odwieczny dylemat badaczy: czy lepiej jest narażać w wyniku badań ludzi, czy też ryzykować zafałszowaniem danych z powodu różnic w fizjologii człowieka i myszy. Technika opiera się na zaobserwowanym wcześniej zjawisku samorzutnego skupiania się komórek nabłonka naczyń krwionośnych (endotelium) w grudki zwane sferoidami. Helmut Augustin, jeden z twórców modelu, tłumaczy: Rozproszone komórki endotelium są skazane na śmierć. Ich skupianie się w sferoidy stabilizuje je. Utworzone sferoidy zanurza się w syntetycznej sieci kolagenowej, a następnie podaje do ciała gryzonia. Tak stworzony fragment układu krwionośnego może przetrwać nawet kilka miesięcy. W tym czasie wchodzi w interakcje z mysimi komórkami i włącza się do systemu krwionośnymi biorcy tego nietypowego przeszczepu. Myszy, na których przeprowadza się ten eksperyment, nie mogą być dobrane przypadkowo. Zwierzęta używane do takich badań rodzą się z upośledzeniem odporności, dzięki czemu ich organizmy nie odrzucają obcej tkanki tak, jak miałoby to miejsce przy przeszczepie do ciała zdrowego gryzonia. Transplantacja ludzkich naczyń krwionośnych do organizmu innego gatunku daje badaczom wspaniałe możliwości. Dzięki stworzonej przez Niemców metodzie możliwe stanie się prowadzenie analiz, które nie byłyby dostępne z zastosowaniem alternatywnych modeli. Pozwoli to nie tylko na poszerzenie wiedzy o fizjologii człowieka, lecz także ułatwi wykonywanie wielu obserwacji związanych np. z testowaniem nowych leków.