В организме клетки общаются посредством комбинации химических, электрических и механических сигналов, особенно во время физических упражнений. В случае с клетками, выращенными в лаборатории, создание реалистичного механического контакта может быть затруднительно, поскольку это часто приводит к повреждению клеток.
Исследователи из Массачусетского технологического института создали безопасный способ моделирования механических воздействий, которым подвергаются клетки скелетных мышц во время тренировок, сообщает New Atlas. Ученые хотели разделить два основных элемента упражнений — химический и механический — чтобы увидеть, как мышцы реагируют исключительно на механические силы.
Ученые обратились к магнитам как к способу подвергать мышечные клетки регулярным и повторяющимся механическим воздействиям, не причиняя им повреждений. При смешивании магнитных наночастиц с эластичным раствором силикона смесь затвердевала, образуя плиту, и нарезалась на очень тонкие бруски. В итоге получился прототип коврика, состоящий из четырех магнитных стержней, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга и зажатых между двумя слоями гидрогеля.
Мышечные клетки помещали на поверхность мата, и круглые клетки постепенно удлинялись и сливались с соседними клетками, образуя волокна. Под гелевым ковриком исследователи поместили внешний магнит на дорожку и запрограммировали его на движение вперед и назад. Магниты, встроенные в гель, двигались в ответ, раскачивая гель и создавая силы, аналогичные тем, которые испытывают клетки во время реальных упражнений. Ученые «тренировали» клетки по 30 минут в день в течение 10 дней. Группа нетренированных мышечных клеток выступала в качестве контроля.
Оказалось, что тренируемые клетки вырастают длиннее и образуют волокна, выстраивающиеся в одном направлении. Напротив, контрольные клетки имели тенденцию оставаться круглыми и располагались беспорядочно.
В обычных условиях мышечные клетки сокращаются в ответ на сигналы от нервов. Однако при проведении экспериментов в лаборатории электрический импульс может повредить клетки. Поэтому исследователи генетически модифицировали клетки так, чтобы они реагировали на синий свет и сокращались. Когда отдельные клетки освещались синим светом, они сокращались, но несинхронно и хаотично. При выровненных волокнах все они тянулись и сокращались одновременно и в одном направлении. Когда все волокна сокращаются вместе, они могут эффективно генерировать силу и выполнить нужное движение или усилие.
Этот «тренировочный коврик» может помочь в тестировании методов лечения людей с мышечными травмами и нервно-мышечными заболеваниями или в выращивании искусственных мышц для использования в мягких роботах.
Ранее физики Массачусетского технологического института обнаружили еще одно новое электронное состояние, скрывающееся в графене.
