Ανθρώπινος ιστός αναπτύσσεται κατά μήκος του ώμου του ρομπότ

Μία από τις πιο κοινές αιτίες πόνου στον ώμο επηρεάζει περίπου το 25% των ατόμων ηλικίας άνω των 60 ετών. Αν και μπορεί να αντιμετωπιστεί με χειρουργική επέμβαση, αποτυγχάνει στο 40% των περιπτώσεων λόγω κακής επούλωσης. Αλλά μια λύση θα ήταν η δημιουργία προσαρμοσμένων μπαλωμάτων, χάρη στις κινήσεις ενός ρομποτικού ώμου.

Η μηχανική ιστών, η οποία περιλαμβάνει τη δημιουργία βιολογικών υποκατάστατων ιστών (δέρμα, χόνδροι, μύες), έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο τα τελευταία 20 χρόνια. Μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, με τη βοήθεια της γερμανικής εταιρείας ρομποτικής Devantro, κατάφερε να δημιουργήσει κύτταρα με έναν υπερακάνθιο σύνδεσμο που συνδέει το χέρι με τον ώμο. Πειραματική αλλά πολλά υποσχόμενη, κυκλοφόρησε η μελέτη Επαφές Μηχανικών 26 Μαΐου 2022.

Ρομπότ με ρευστές κινήσεις όπως οι άνθρωποι;

Το 2017, η ομάδα πρότεινε τη χρήση ενός πλήρους κλίμακας μυοσκελετικού ανθρώπινου ρομπότ. Αναπτύχθηκε από τον Devendro, αυτά τα ρομπότ στοχεύουν να μιμηθούν το σκελετικό, μυϊκό και μυοσκελετικό σύστημα των ανθρώπων όσο το δυνατόν πιο κοντά, αλλά και σε όλο το φάσμα των κινήσεων των αρθρώσεων τους. Μέρος του ρομπότ Moose έχει τροποποιηθεί για να αναπαράγει τη φυσιολογία του ανθρώπινου ώμου με μεγαλύτερη ακρίβεια, ειδικά με χειρουργικά εμφυτεύματα ώμου.

Ωστόσο, οι κυτταρικοί αντιδραστήρες – συστήματα που προσομοιώνουν κύτταρα για την ανάπτυξη οργανικού ιστού – είναι περιορισμένοι όταν χρησιμοποιούν ρομποτική. Πρώτον, προσκολλώνται ελάχιστα στην πραγματική πίεση που ασκείται από τους τένοντες λόγω των εξαιρετικά γραμμικών κινήσεών τους. Τα περισσότερα ανθρωποειδή ρομπότ έχουν σχεδιαστεί για να εκτελούν παρόμοιες κινήσεις (π.χ. να μετακινούν το χέρι εμπρός και πίσω), αλλά δεν είναι σε θέση να αναδημιουργήσουν τις περίπλοκες στροφές που γίνονται από το ενεργό ανθρώπινο χέρι. Για αυτήν τη μελέτη, οι ερευνητές ήταν ικανοποιημένοι με την παρατήρηση των αντιδράσεων των κυττάρων στις απλές κινήσεις προσθήκης / απαγωγής του βραχίονα ρομπότ.

READ  Ταξίδι στην ανθρωπότητα, από το Διαφωτισμό στο Neuralink

Ένα πρωτοποριακό πιάτο Petri

Για τη δημιουργία ενός εύκαμπτου βιοφίλμ κατάλληλου για το πείραμα, χρησιμοποιήθηκαν 200 ίνες πολυκαπρολακτόνης (βιοφίλμ) για να μιμηθούν τις ίνες κολλαγόνου που αποτελούν το 90% των ανθρώπινων τενόντων. Εδώ, ο υπερακανθιακός σύνδεσμος, που συνδέει τον ώμο (οστό του βραχίονα) με τον ώμο, στοχεύει στην ανάπτυξη κυττάρων. Έτσι τα κύτταρα φυτεύτηκαν σε αυτές τις ίνες. Περιβάλλεται από συμπαγή μεμβράνη πολυουρεθάνης, ο θάλαμος καλλιέργειας είναι αποστειρωμένος. Αυτός ο βιοαντιδραστήρας έχει την ευελιξία να προσαρμόζεται σε όλους τους τύπους ρομποτικών κινήσεων, αλλά μπορεί να συνδεθεί και να διαχωριστεί από τον ώμο του ρομπότ χωρίς να διακυβεύεται η κυτταρική καλλιέργεια στο δωμάτιο.

Ωστόσο, οι ερευνητές πιστεύουν ότι δεν ενδείκνυται η χρήση ενός τύπου βιοφίλμ για την κατασκευή όλων των τενόντων στο σώμα, γιατί είναι σημαντικό να προσομοιωθεί ο ρόλος κάθε συνδέσμου για να δημιουργηθεί η κατάλληλη πρόσφυση. Μέσω της περιστροφικής διάτασης, τα κύτταρα των σπόρων εκπαιδεύονται να υποστούν τα κλασικά φορτία και τις στροφές του ενός ώμου. Μάλιστα, τα αντίστοιχα μηχανικά σήματα μπορούν να βελτιώσουν την ποιότητα των παραγόμενων συγκολλητικών. Αυτές οι κινήσεις είναι σημαντικές γιατί, μετά από παρατεταμένη αδράνεια, οι τένοντες σπάνε. Υπάρχει λοιπόν ενδιαφέρον να τα «αναθρέψουμε» σε κίνηση, όχι με βιώσιμο τρόπο.

Τα κύτταρα εκφράζουν τα γονίδιά τους ανάλογα με το φορτίο που τους επιβάλλεται

Μετά τη σπορά, το ρομπότ διαχωρίστηκε από τις θέσεις ανάπαυσης χωρίς κίνηση για 30 λεπτά με σύνδεση με μια αλυσίδα ώμου. Οι συνεδρίες γίνονταν με χαμηλή ταχύτητα (αργή ταχύτητα βραχίονα) ή υψηλή ταχύτητα (υψηλή ταχύτητα βραχίονα). Μετά από 14 ημέρες, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι 255 γονίδια εκφράστηκαν διαφορετικά όταν τα κύτταρα εκτέθηκαν σε περισσότερη τροφή, ενώ μόνο 13 γονίδια εκφράστηκαν διαφορετικά στη χαμηλότερη δίαιτα. Αυτό δείχνει ότι η δύναμη του φορτίου και της κίνησης επηρεάζει άμεσα την έκφραση των γονιδίων στους ιστούς, έτσι τα κύτταρα προσαρμόζονται στον τύπο του φορτίου που ασκεί ο τένοντας.

READ  Ανακάλυψη του «δωμάτιου των σκλάβων» κοντά στην Πομπηία.

Εάν είναι επιτυχής στην ανάπτυξη συμφύσεων τενόντων, ελπίζουμε ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλους τύπους ιστών όπως οι μύες.Ο Pierre-Alexis Mouthui, αναπληρωτής καθηγητής ορθοπεδικής, ρευματολογίας και μυοσκελετικής επιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, εξηγεί. Επιστήμη και μέλλον. “Αλλά όσον αφορά τους μυς, έχουμε να κάνουμε με υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις, οι οποίες θα πρέπει να παρέχουν επαρκή θρεπτικά συστατικά στο κέντρο χειροτεχνίας – αυτή είναι μια πρόκληση μηχανικής ιστών που δεν έχει ακόμη επιλυθεί. Επίσης, ο πρόσθιος χιαστός σύνδεσμος (ACL) της άρθρωσης του γόνατος μπορεί να είναι ένας άλλος ενδιαφέρον ιστός προς εξέταση. Οι τραυματισμοί του ΠΧΣ είναι συνηθισμένοι, ειδικά σε νεαρούς εργαζόμενους, και η χειρουργική αποκατάσταση, που συνήθως γίνεται με αυτόκλειστο (ιστός που λαμβάνεται από άλλο μέρος του σώματος), εξακολουθεί να αποτυγχάνει στο 15% των περιπτώσεων.

Αριστερά: (α) Βιολογικός θάλαμος συναρμολογημένος πριν από τη σπορά των κυττάρων. Δεξιά: (β) Αρχική εμφάνιση δειγμάτων μετά από περίοδο καλλιέργειας 14 ημερών. © Pierre-Alexis Mouthuy & All / Μηχανική Επικοινωνίας

Ένα βήμα παραπάνω

Ωστόσο, ο βιοκαμίνος χρειάζεται ακόμη αναβάθμιση. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι ο πολλαπλασιασμός των κυττάρων μειώθηκε σε υψηλές ταχύτητες, κάτι που θα μπορούσε να εξηγηθεί από μια δομή που ήταν πολύ σκληρή ή το φορτίο που εφαρμόστηκε πολύ σύντομα μετά τη σπορά των κυττάρων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρειάζονται νέα πειράματα για να φανταστούμε πιο αποτελεσματικούς βιολογικούς αντιδραστήρες ή να δοκιμάσουμε αυτή τη μέθοδο σε άλλους τένοντες στο σώμα. Η ανάπτυξη αυτών των δυνατοτήτων θα επιτρέψει τη δημιουργία πρόσθετων που δημιουργούνται από ράφτες. Αυτές οι βελτιώσεις θα έχουν πολύ θετικό αντίκτυπο στην ποιότητα ζωής των ασθενών, με αποτέλεσμα την ταχύτερη ανάρρωση και τη συνολική μείωση του ιατρικού κόστους. Αλλά είναι δύσκολο να εκδημοκρατιστεί η κλινική λόγω των υλικών περιορισμών και της τιμής των αγαθών.

READ  Ελλάδα: Στο δρόμο για τον πλήρη περιορισμό της φωτιάς στα Γεράνια

Το επόμενο βήμα μας είναι να προσδιορίσουμε εάν οι πολυαξονικές κινήσεις που δημιουργούνται από τα ανθρωποειδή ρομπότ κάνουν πραγματικά τη διαφορά σε σύγκριση με την παραδοσιακή πλατφόρμα που εκτείνεται προς την ίδια κατεύθυνση.Συνεχίζει ο Pierre-Alexis Mouthuy. Με άλλα λόγια, αυτό το νέο site βελτιώνει πραγματικά την ποιότητα των συνδέσμων από τους ήδη υπάρχοντες;

Koralia Markiadi

" Άπληστος φανατικός φαγητού. Ανυπόφορος ενθουσιώδης twitter. Wannabe επιχειρηματίας. Αφιερωμένος συγγραφέας."

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.

Back to top