تکنولوژی
فن‌آوری الهام‌گرفته از هواپیماهای WWI می‌تواند درمان سلولی و مهندسی بافت را متحول کند
پژوهشگران دانشگاه ماساچوست امهرست دستگاهی انقلابی توسعه داده‌اند که محیط‌های سلولی را با دقت بالایی از طریق کنترل pH تغییر می‌دهد. این نوآوری با الهام از مکانیک همگام‌سازی هواپیماهای جنگ جهانی اول، می‌تواند به درمان‌های سرطان و بیماری قلبی و همچنین مهندسی بافت جهت تازه‌ای بخشد. این ابزار جدید، دقیق‌تر و کارآمدتر بوده و امکان مشاهده پاسخ‌های لحظه‌ای سلول‌ها را فراهم می‌کند.
پژوهشگران دانشگاه ماساچوست امهرست دستگاهی انقلابی توسعه داده‌اند که محیط‌های سلولی را با کنترل pH با دقت استثنایی تغییر می‌دهد. این نوآوری با الهام از مکانیک همگام‌سازی هواپیماهای جنگ جهانی اول، می‌تواند به تغییر رویکردها در درمان‌های سرطان و بیماری قلبی و همچنین مهندسی بافت منجر شود. ارتباط بین pH و عملکرد سلولی از اهمیت بالایی برخوردار است و حتی تغییرات بسیار کوچک می‌توانند به شکل قابل توجهی بر رفتار سلول‌ها تأثیر بگذارند. اما روش‌های موجود برای مطالعه این اثرات کند و ناکارآمد بوده، و توان مشاهده پاسخ‌های سلولی در لحظه را از دانشمندان گرفته است. جینگلای پینگ، دانشیار مهندسی مکانیک و صنعتی در دانشگاه ماساچوست امهرست و نویسنده اصلی این مطالعه گفت: "[این ابزار] درها را باز می‌کند و به حل یک مسئله فنی می‌پردازد و سوالات بسیاری از نوع 'چه می‌شود اگر' را برای دانشمندان به ارمغان می‌آورد." وی افزود: "نمی‌توانم بگویم که ما به هیچ‌یک از آن سوالات بلندمدت پاسخ داده‌ایم، اما ابزاری برای پاسخگویی به آنها فراهم کرده‌ایم." چالش اندازه‌گیری دقیق pH در حین تغییر آن، پژوهشگران را به یک منبع الهام‌بخش غیرمنتظره یعنی هواپیماهای جنگ جهانی اول هدایت کرد. این هواپیماها برای اجتناب از خسارات فاجعه‌آمیز می‌بایست آتش تفنگ مسلسل خود را با چرخش پروانه‌هایشان هماهنگ می‌کردند. به‌طور مشابه، تیم پینگ سیستمی ابداع کردند که جریان تنظیم‌کننده pH را به اندازه کافی متوقف می‌کند تا یک ترانزیستور گرافینی بتواند بدون تداخل، اندازه‌گیری‌های دقیقی انجام دهد. این وقفه کوتاه که تنها چند میلی‌ثانیه طول می‌کشد، تنظیمات pH دقیق را در حالی که پایداری محیطی حفظ می‌شود، ممکن می‌سازد. نتیجه به شما امکان می‌دهد که به دقت 0.1 واحد pH دست یابید که بسیار بهتر از دقت 0.6 واحدی سیستم‌های مبتنی بر الکترودهای قبلی است. این رویکرد نوآورانه نه تنها چالش‌های فنی را حل می‌کند، بلکه گردآوری داده‌ها را نیز تسریع می‌کند. در مقایسه با روش‌های سنتی، این دستگاه جدید به نمونه‌های کمتری نیاز داشته و نتایج را بسیار سریع‌تر ثبت می‌کند، که هم باعث کارایی و هم دقت را بیشتر می‌کند. تیم این دستگاه را بر روی باکتری «باسیلوس سابتیلیس» و سلول‌های قلب انسان آزمایش کردند و نشان دادند که این دستگاه چقدر است. وقتی محیط باکتری‌ها قلیایی‌تر شد، حرکت آنها کند شد - نتیجه‌ای که نه برابر سریع‌تر از روش‌های متداول به دست آمد. در آزمایشات با سلول‌های قلب، پژوهشگران به واکنش فیزیولوژیکی چشمگیری مشاهده کردند: وقتی pH از حالت خنثی (۷) به حالت اسیدی (حدود ۴) کاهش یافت، فرکانس ضربان قلب کاردیومیوسیت‌ها دو برابر شد. این کشف می‌تواند به روشن شدن رابطه بین اسیدوز متابولیک و تپش قلب کمک کند و راه را برای درمان‌های جدید در کاردیولوژی هموار کند. "رفتار و عملکرد سلول‌ها به شدت تحت تأثیر pH قرار می‌گیرد. برخی سلول‌ها در زمانی که pH به سطح خاصی می‌رسد، از بین می‌روند و برای برخی دیگر، pH می‌تواند خواص فیزیولوژیکی آنها را تغییر دهد،" پینگ گفت. "چگونه یک سلول خاص به تغییرات pH در زمان واقعی پاسخ می‌دهد - این ناشناخته است." با توانایی خود در تغییر دقیق pH و اندازه‌گیری پاسخ‌های سلولی، این فناوری درهای جدیدی را برای کاربردها در بیوالکترونیک، درمان‌های تومور و مهندسی بافت باز می‌کند. با تسهیل مطالعات لحظه‌ای رفتار سلولی، این دستگاه یک منبع بسیار باارزش برای پژوهشگران فراهم می‌کند تا به چالش‌های علمی و پزشکی حیاتی بپردازند. این مطالعه در مجله Nano Letters منتشر شده است.
