Các nhà nghiên cứu thiết kế một tấm thảm tập thể dục di động có thể giúp các nhà khoa học hiểu được tác động cơ học của việc tập thể dục ở mức độ vi mô. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một miếng gel chứa nam châm có thể mô phỏng các lực cơ học mà tế bào cơ trải qua trong quá trình tập luyện. "Thảm tập thể dục" mới này có thể hữu ích cho việc thử nghiệm phương pháp điều trị ở những bệnh nhân bị chấn thương cơ và bệnh thần kinh cơ hoặc để phát triển cơ nhân tạo để sử dụng trong robot mềm.
Trong cơ thể con người, các tế bào giao tiếp thông qua sự kết hợp của các tín hiệu hóa học, điện và cơ học, đặc biệt là trong khi tập thể dục. Việc tạo ra các tiếp xúc tế bào cơ học giống như thật có thể khó khăn đối với các tế bào được tạo ra trong phòng thí nghiệm vì nó thường gây tổn hại cho tế bào.
Các nhà nghiên cứu của MIT đã tạo ra một phương pháp không gây tổn thương để mô phỏng các tác động cơ học mà tế bào cơ xương nhận được trong quá trình tập luyện—bạn có thể coi nó giống như một tấm thảm tập thể dục dành cho tế bào.
Ritu Raman, tác giả tương ứng của nghiên cứu, cho biết: "Ở đây, chúng tôi muốn tách hai yếu tố chính của chuyển động - hóa học và cơ học - và xem cách cơ bắp phản ứng hoàn toàn với lực cơ học của việc tập luyện"
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng nam châm như một cách giúp các tế bào cơ có thể chịu được lực cơ học thường xuyên và lặp đi lặp lại mà không gây tổn thương. Các nhà nghiên cứu đã trộn các hạt nano từ tính có bán trên thị trường với dung dịch silicon cao su, sau đó đông đặc hỗn hợp thành các tấm và cắt chúng thành các dải rất mỏng. Chúng tôi đã chế tạo một miếng đệm nguyên mẫu bao gồm bốn thanh từ tính cách nhau rộng hơn một chút, kẹp giữa hai lớp hydrogel.
Đặt các tế bào cơ lên bề mặt thảm, các tế bào tròn dài ra dần dần và hợp nhất với các tế bào lân cận để tạo thành các sợi. Bên dưới miếng gel, các nhà nghiên cứu đặt một nam châm bên ngoài trên đường đua và lập trình để nó di chuyển tới lui. Các nam châm gắn trong gel di chuyển, làm cho gel dao động và tạo ra lực tương tự như lực chuyển động thực tế của tế bào. Họ "tập thể dục" các tế bào 30 phút mỗi ngày trong 10 ngày. Một nhóm tế bào cơ chưa được tập luyện đóng vai trò kiểm soát.
Raman nói: "Sau đó, chúng tôi phóng to và chụp ảnh gel và phát hiện ra rằng những tế bào được kích thích cơ học này trông rất khác so với các tế bào đối chứng."
Họ phát hiện ra rằng các tế bào được tập luyện sẽ dài ra hơn và hình thành các sợi thẳng hàng theo cùng một hướng. Ngược lại, các ô điều khiển có xu hướng vẫn tròn trịa và vô tổ chức. Trong trường hợp bình thường, các tế bào cơ co lại để đáp ứng với các xung điện từ dây thần kinh, nhưng trong điều kiện phòng thí nghiệm, điều này có thể làm hỏng tế bào. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã biến đổi gen để các tế bào co lại khi tiếp xúc với ánh sáng xanh.
Raman cho biết: "Khi chúng tôi chiếu đèn lên cơ, bạn có thể thấy các tế bào điều khiển đang đập, nhưng một số sợi đang đập theo cách này và một số sợi đập theo cách kia, và nhìn chung nó tạo ra một cơn co giật rất không đồng bộ. Với các sợi được căn chỉnh, chúng kéo theo cùng một hướng cùng một lúc và đập. "
"Gel tập thể dục" mới có thể phục vụ như một cách nhanh chóng, không xâm lấn để tạo hình các sợi cơ và nghiên cứu phản ứng của chúng với việc tập thể dục, điều này có thể dẫn đến các phương pháp điều trị giúp mọi người phục hồi sau chấn thương cơ và các bệnh về thần kinh cơ. Họ cũng có kế hoạch phát triển các loại tế bào khác trên gel và nghiên cứu phản ứng của chúng đối với việc 'tập thể dục'.
Raman cho biết: "Bằng chứng sinh học cho thấy nhiều loại tế bào phản ứng với các kích thích cơ học. Đây là một công cụ mới để nghiên cứu các tương tác."
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Thiết bị.