మేము అనేక అస్థిపంజర కండరాల ఫైబర్స్ మధ్య సమన్వయానికి కృతజ్ఞతలు తెలుపుతాము, అన్నీ మెలితిప్పినట్లు మరియు సమకాలీకరణలో లాగడం. కొన్ని కండరాలు ఒక దిశలో సమలేఖనం అయితే, మరికొన్ని క్లిష్టమైన నమూనాలను ఏర్పరుస్తాయి, శరీరంలోని భాగాలు అనేక విధాలుగా కదలడానికి సహాయపడతాయి.
ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, శాస్త్రవేత్తలు మరియు ఇంజనీర్లు కండరాలను “బయోహైబ్రిడ్” రోబోట్ల కోసం సంభావ్య యాక్యుయేటర్లుగా చూశారు – మృదువైన, కృత్రిమంగా పెరిగిన కండరాల ఫైబర్స్ ద్వారా నడిచే యంత్రాలు. సాంప్రదాయ యంత్రాలు చేయలేని ప్రదేశాల ద్వారా ఇటువంటి బయో-బాట్లు చప్పరిస్తాయి మరియు విగ్లే చేయగలవు. ఏదేమైనా, చాలా వరకు, పరిశోధకులు ఒక దిశలో లాగే కృత్రిమ కండరాన్ని మాత్రమే తయారు చేయగలిగారు, ఏదైనా రోబోట్ యొక్క చలన పరిధిని పరిమితం చేస్తారు.
ఇప్పుడు MIT ఇంజనీర్లు కృత్రిమ కండరాల కణజాలాన్ని పెంచడానికి ఒక పద్ధతిని అభివృద్ధి చేశారు, ఇది బహుళ సమన్వయ దిశలలో మెలితిప్పినట్లు మరియు వంచుతుంది. ఒక ప్రదర్శనగా, అవి ఒక కృత్రిమ, కండరాల-శక్తితో పనిచేసే నిర్మాణాన్ని పెంచాయి, ఇది ఏకాగ్రత మరియు రేడియల్‌గా రెండింటినీ లాగుతుంది, మానవ కంటిలోని ఐరిస్ విద్యార్థిని విడదీయడానికి మరియు నిర్బంధించడానికి ఎలా పనిచేస్తుందో వంటిది.
పరిశోధకులు వారు అభివృద్ధి చేసిన కొత్త “స్టాంపింగ్” విధానాన్ని ఉపయోగించి కృత్రిమ ఐరిస్‌ను రూపొందించారు. మొదట, వారు 3 డి-ప్రి-ప్రి-ప్రి-ప్రింట్స్ మైక్రోస్కోపిక్ పొడవైన కమ్మీలతో రూపొందించబడింది, ఒక్కొక్కటి ఒకే కణం వలె చిన్నవి. అప్పుడు వారు స్టాంప్‌ను మృదువైన హైడ్రోజెల్‌లోకి నొక్కి, ఫలితంగా వచ్చే పొడవైన కమ్మీలను నిజమైన కండరాల కణాలతో విత్తించారు. కణాలు హైడ్రోజెల్ లోపల ఈ పొడవైన కమ్మీల వెంట పెరిగాయి, ఫైబర్స్ ఏర్పడతాయి. పరిశోధకులు ఫైబర్స్ ను ఉత్తేజపరిచినప్పుడు, కండరాలు ఫైబర్స్ ధోరణిని అనుసరించి బహుళ దిశలలో సంకోచించాయి.
“ఐరిస్ రూపకల్పనతో, ఒకటి కంటే ఎక్కువ దిశలలో శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే మొదటి అస్థిపంజర కండరాలతో నడిచే రోబోట్‌ను మేము ప్రదర్శించామని మేము నమ్ముతున్నాము. ఈ స్టాంప్ విధానం ద్వారా ప్రత్యేకంగా ప్రారంభించబడింది” అని మిట్ యొక్క మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్ విభాగంలో టిష్యూ ఇంజనీరింగ్ యొక్క యూజీన్ బెల్ కెరీర్ డెవలప్‌మెంట్ ప్రొఫెసర్ రిటు రామన్ చెప్పారు.
టేబుల్‌టాప్ 3 డి ప్రింటర్లను ఉపయోగించి స్టాంప్‌ను ముద్రించవచ్చని మరియు మైక్రోస్కోపిక్ పొడవైన కమ్మీల యొక్క వివిధ నమూనాలతో అమర్చవచ్చని బృందం తెలిపింది. స్టాంప్ కండరాల సంక్లిష్ట నమూనాలను పెంచడానికి ఉపయోగపడుతుంది – మరియు న్యూరాన్లు మరియు గుండె కణాలు వంటి ఇతర రకాల జీవ కణజాలాలను – వాటి సహజ ప్రత్యర్ధుల వలె చూస్తాయి మరియు పనిచేస్తాయి.
“నిజమైన కణజాలాల నిర్మాణ సంక్లిష్టతను ప్రతిబింబించే కణజాలాలను మేము తయారు చేయాలనుకుంటున్నాము” అని రామన్ చెప్పారు. “అలా చేయడానికి, మీ కల్పనలో మీకు నిజంగా ఈ రకమైన ఖచ్చితత్వం అవసరం.”
ఆమె మరియు ఆమె సహచరులు బయోమెటీరియల్స్ సైన్స్ జర్నల్‌లో వారి ఓపెన్-యాక్సెస్ ఫలితాలను ప్రచురించారు. ఆమె మిట్.
శిక్షణా స్థలం
MIT వద్ద రామన్ యొక్క ప్రయోగశాల శరీరంలో నిజమైన కణజాలాల యొక్క సెన్సింగ్, కార్యాచరణ మరియు ప్రతిస్పందనలను అనుకరించే జీవ పదార్థాలను ఇంజనీరింగ్ చేయడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. విస్తృతంగా, ఆమె బృందం ఈ బయో ఇంజనీర్డ్ పదార్థాలను medicine షధం నుండి యంత్రాల వరకు ప్రాంతాలలో వర్తింపజేయడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. ఉదాహరణకు, ఆమె న్యూరోమస్కులర్ గాయం ఉన్నవారికి పనితీరును పునరుద్ధరించగల కృత్రిమ కణజాలాన్ని రూపొందించడానికి చూస్తోంది. మృదువైన రోబోటిక్స్లో ఉపయోగం కోసం ఆమె కృత్రిమ కండరాలను కూడా అన్వేషిస్తోంది, కండరాల శక్తితో పనిచేసే ఈతగాళ్ళు వంటి చేపల లాంటి వశ్యతతో నీటి ద్వారా కదులుతారు.
రామన్ గతంలో ప్రయోగశాల-పెరిగిన కండరాల కణాల కోసం జిమ్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లు మరియు వ్యాయామ నిత్యకృత్యాలుగా చూడవచ్చు. ఆమె మరియు ఆమె సహచరులు ఒక హైడ్రోజెల్ “మాట్” ను రూపొందించారు, ఇది కండరాల కణాలను పెరగకుండా మరియు ఫైబర్స్ లోకి పెంచడానికి ప్రోత్సహిస్తుంది. కాంతి యొక్క పప్పులకు ప్రతిస్పందనగా కణాలను జన్యుపరంగా ఇంజనీరింగ్ చేయడం ద్వారా వాటిని జన్యుపరంగా ఇంజనీరింగ్ చేయడం ద్వారా ఆమె “వ్యాయామం” చేయడానికి కూడా ఆమె ఒక మార్గాన్ని పొందింది. మరియు, ఆమె సమూహం కండరాల కణాలను పొడవైన, సమాంతర రేఖలలో పెరిగే మార్గాలతో ముందుకు వచ్చింది, సహజమైన, చారల కండరాల మాదిరిగానే ఉంటుంది. ఏదేమైనా, ఆమె గుంపు మరియు ఇతరులు, బహుళ, able హించదగిన దిశలలో కదిలే కృత్రిమ కండరాల కణజాలాన్ని రూపొందించడం ఒక సవాలు.
“సహజ కండరాల కణజాలాల గురించి ఒక మంచి విషయాలలో ఒకటి, అవి కేవలం ఒక దిశలో సూచించవు. ఉదాహరణకు, మా ఐరిస్ మరియు మా శ్వాసనాళంలో వృత్తాకార కండరాలు తీసుకోండి. మరియు మా చేతులు మరియు కాళ్ళలో కూడా, కండరాల కణాలు సూటిగా సూచించవు, కానీ ఒక కోణంలో,” రామన్ గమనికలు. “సహజ కండరాల కణజాలంలో బహుళ ధోరణులు ఉన్నాయి, కాని మేము దానిని మా ఇంజనీరింగ్ కండరాలలో ప్రతిబింబించలేకపోయాము.”
కండరాల బ్లూప్రింట్
మల్టీడైరెక్షనల్ కండరాల కణజాలాన్ని పెంచే మార్గాల గురించి ఆలోచిస్తూ, బృందం ఆశ్చర్యకరంగా సరళమైన ఆలోచనను తాకింది: స్టాంపులు. క్లాసిక్ జెల్-ఓ అచ్చు చేత కొంత ప్రేరణ పొందిన బృందం, బృందం ఒక స్టాంప్‌ను రూపొందించాలని చూసింది, మైక్రోస్కోపిక్ నమూనాలతో, ఈ సమూహం గతంలో అభివృద్ధి చేసిన కండరాల-శిక్షణ మాట్‌ల మాదిరిగానే హైడ్రోజెల్‌లో ముద్రించవచ్చు. ముద్రించిన చాప యొక్క నమూనాలు అప్పుడు కండరాల కణాలు అనుసరించడానికి మరియు పెరిగే రోడ్‌మ్యాప్‌గా ఉపయోగపడతాయి.
“ఆలోచన చాలా సులభం. అయితే మీరు ఒకే సెల్ వలె చిన్న లక్షణాలతో స్టాంప్‌ను ఎలా తయారు చేస్తారు? మరియు మీరు సూపర్ మృదువైనదాన్ని ఎలా స్టాంప్ చేస్తారు? ఈ జెల్ జెల్-ఓ కంటే చాలా మృదువైనది, మరియు ఇది ప్రసారం చేయడం చాలా కష్టం, ఎందుకంటే ఇది చాలా తేలికగా చిరిగిపోతుంది” అని రామన్ చెప్పారు.
బృందం స్టాంప్ డిజైన్‌పై వైవిధ్యాలను ప్రయత్నించింది మరియు చివరికి ఆశ్చర్యకరంగా బాగా పనిచేసిన ఒక విధానంలో దిగింది. పరిశోధకులు MIT.Nano లో అధిక-ఖచ్చితమైన ముద్రణ సౌకర్యాలను ఉపయోగించి ఒక చిన్న, హ్యాండ్‌హెల్డ్ స్టాంప్‌ను రూపొందించారు, ఇది కమ్మీల యొక్క క్లిష్టమైన నమూనాలను ముద్రించడానికి వీలు కల్పించింది, ప్రతి ఒక్కటి ఒకే కండరాల కణం వలె వెడల్పుగా, స్టాంప్ దిగువన. స్టాంప్‌ను హైడ్రోజెల్ చాపలోకి నొక్కే ముందు, అవి దిగువను ప్రోటీన్‌తో పూత పూయాయి, ఇవి స్టాంప్ జెల్ లోకి సమానంగా ముద్ర వేయడానికి మరియు అంటుకునే లేదా చిరిగిపోకుండా తొక్కడానికి సహాయపడ్డాయి.
ప్రదర్శనగా, పరిశోధకులు మానవ ఐరిస్‌లోని మైక్రోస్కోపిక్ మస్క్యులేచర్ మాదిరిగానే ఒక నమూనాతో ఒక స్టాంప్‌ను ముద్రించారు. ఐరిస్ విద్యార్థి చుట్టూ ఉన్న కండరాల ఉంగరాన్ని కలిగి ఉంటుంది. కండరాల యొక్క ఈ రింగ్ కండరాల ఫైబర్స్ యొక్క లోపలి వృత్తంతో రూపొందించబడింది, ఇది వృత్తాకార నమూనాను అనుసరించి, మరియు సూర్యుని కిరణాల వలె రేడియల్‌గా విస్తరించి ఉన్న ఫైబర్స్ యొక్క బయటి వృత్తం. కలిసి, ఈ సంక్లిష్ట నిర్మాణం విద్యార్థిని నిర్బంధించడానికి లేదా విడదీయడానికి పనిచేస్తుంది.
రామన్ మరియు ఆమె సహచరులు ఐరిస్ నమూనాను హైడ్రోజెల్ చాపలోకి నొక్కిన తర్వాత, వారు చాపను కణాలతో పూత పూశారు, వారు కాంతికి ప్రతిస్పందించడానికి జన్యుపరంగా ఇంజనీరింగ్ చేస్తారు. ఒక రోజులో, కణాలు మైక్రోస్కోపిక్ పొడవైన కమ్మీలలో పడి ఫైబర్స్ లోకి కలపడం ప్రారంభించాయి, ఐరిస్ లాంటి నమూనాలను అనుసరించి, చివరికి మొత్తం కండరాలలో పెరుగుతాయి, వాస్తుశిల్పం మరియు పరిమాణంతో నిజమైన ఐరిస్ మాదిరిగానే.
బృందం కృత్రిమ ఐరిస్‌ను కాంతి పప్పులతో ప్రేరేపించినప్పుడు, కండరాలు మానవ కంటిలోని ఐరిస్ మాదిరిగానే బహుళ దిశలలో సంకోచించాయి. జట్టు యొక్క కృత్రిమ ఐరిస్ అస్థిపంజర కండరాల కణాలతో కల్పించబడిందని రామన్ పేర్కొన్నాడు, ఇవి స్వచ్ఛంద కదలికలో పాల్గొంటాయి, అయితే నిజమైన మానవ ఐరిస్‌లోని కండరాల కణజాలం మృదువైన కండరాల కణాలతో రూపొందించబడింది, ఇవి ఒక రకమైన అసంకల్పిత కండరాల కణజాలం. సంక్లిష్టమైన, మల్టీడైరెక్షనల్ కండరాల కణజాలాన్ని రూపొందించే సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించడానికి వారు ఐరిస్ లాంటి నమూనాలో అస్థిపంజర కండరాల కణాలను నమూనా చేయడానికి ఎంచుకున్నారు.
“ఈ పనిలో, మునుపటి కండరాలతో నడిచే రోబోట్లు చేయలేని పనులను చేయగల ‘రోబోట్’ చేయడానికి మేము ఈ స్టాంప్ విధానాన్ని ఉపయోగించవచ్చని చూపించాలనుకుంటున్నాము” అని రామన్ చెప్పారు. “మేము అస్థిపంజర కండరాల కణాలతో పనిచేయడానికి ఎంచుకున్నాము, కాని ఇతర సెల్ రకంతో దీన్ని చేయకుండా మిమ్మల్ని ఆపడానికి ఏమీ లేదు.”
బృందం ఖచ్చితమైన-ముద్రణ పద్ధతులను ఉపయోగించినప్పుడు, సాంప్రదాయిక టేబుల్‌టాప్ 3 డి ప్రింటర్లను ఉపయోగించి స్టాంప్ డిజైన్‌ను కూడా తయారు చేయవచ్చని ఆమె పేర్కొంది. ముందుకు వెళుతున్నప్పుడు, ఆమె మరియు ఆమె సహచరులు స్టాంపింగ్ పద్ధతిని ఇతర కణ రకానికి వర్తింపజేయాలని, అలాగే వివిధ కండరాల నిర్మాణాలు మరియు ఉపయోగకరమైన పని చేయడానికి కృత్రిమ, మల్టీడైరెక్షనల్ కండరాలను సక్రియం చేసే మార్గాలను అన్వేషించాలని యోచిస్తున్నారు.
“నీటి అడుగున రోబోట్లలో విలక్షణమైన దృ g మైన యాక్యుయేటర్లను ఉపయోగించటానికి బదులుగా, మేము మృదువైన జీవ రోబోట్లను ఉపయోగించగలిగితే, మేము నావిగేట్ చేయవచ్చు మరియు మరింత శక్తి-సమర్థవంతంగా ఉండగలము, అదే సమయంలో పూర్తిగా బయోడిగ్రేడబుల్ మరియు స్థిరమైనది” అని రామన్ చెప్పారు. “అదే మేము నిర్మించాలని ఆశిస్తున్నాము.”
ఈ పనికి యుఎస్ ఆఫీస్ ఆఫ్ నావల్ రీసెర్చ్, యుఎస్ ఆర్మీ రీసెర్చ్ ఆఫీస్, యుఎస్ నేషనల్ సైన్స్ ఫౌండేషన్ మరియు యుఎస్ నేషనల్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ హెల్త్ మద్దతు ఇచ్చాయి.
