Illustrazione di uno strumento per prove di trazione su tessuti biologici molli che si basa sull’interazione tra un elettromagnete e una sfera ferromagnetica. Un elemento galleggiante tra il tessuto e la perla fornisce stabilità meccanica durante il test. Caratterizzare le proprietà biomeccaniche del tessuto vivente con alta fedeltà aiuterà a chiarire i cambiamenti nella loro funzione durante lo sviluppo degli organi, la fisiologia e la malattia. Credito: BioHues Digital
Secondo i ricercatori, un rivoluzionario dispositivo elettromagnetico ha stabilito un nuovo punto di riferimento per la precisione nel campo della meccanobiologia. Questo dispositivo, che consente misurazioni accurate di una varietà di tessuti biologici molli, consente di condurre test meccanici su campioni delle dimensioni di campioni di biopsie umane, rendendolo particolarmente utile per la ricerca sulle malattie umane.
Le proprietà meccaniche dei tessuti molli del corpo, tra cui la rigidità e la forza, giocano un ruolo vitale nel loro corretto funzionamento. Ad esempio, la morbidezza dei tessuti del tratto gastrointestinale facilita il movimento e la digestione del cibo, mentre i tendini, che sono relativamente più rigidi, trasmettono la forza dai muscoli alle ossa e consentono il movimento.
La capacità di misurare con precisione le proprietà meccaniche di questi tessuti, che sono soggetti a cambiamenti durante i processi di sviluppo oa causa di malattie, ha profonde implicazioni per i campi della biologia e della medicina. I metodi per misurare queste proprietà sono attualmente inadeguati e la loro Università di Cambridge e il MIT Institute for Medical Engineering and Science (IMES) ha portato a un dispositivo che si basa sull’attivazione magnetica e sul rilevamento ottico, consentendo così potenzialmente l’imaging dal vivo del tessuto sotto un microscopio invertito. In questo modo, è possibile ottenere informazioni sul comportamento del tessuto sottoposto a forze meccaniche sia a livello cellulare che molecolare. I risultati sono riportati sulla rivista
“Uno dei requisiti più critici per i test meccanici sui tessuti biologici molli è la necessità di imitare le condizioni fisiologiche del campione biologico (ad esempio, temperatura, nutrienti) il più fedelmente possibile, al fine di mantenere vivo il tessuto e preservarne le proprietà biomeccaniche.” ha affermato il dottor Thierry Savin, professore associato in bioingegneria, che ha guidato il gruppo di ricerca. “A tal fine, abbiamo progettato una camera di montaggio trasparente per misurare le proprietà meccaniche dei tessuti – su scala millimetrica – nel loro ambiente fisiologico e chimico nativo. Il risultato è un dispositivo più versatile, preciso e robusto che mostra un’elevata affidabilità e riproducibilità”.
Per valutare direttamente le prestazioni del loro dispositivo elettromagnetico, i ricercatori hanno condotto uno studio sulla biomeccanica dell’esofago di un topo e dei suoi strati costitutivi. L’esofago è il tubo muscolare che collega la gola con lo stomaco ed è composto da più strati di tessuto. I ricercatori hanno utilizzato il dispositivo per condurre la prima indagine biomeccanica di ciascuno dei tre singoli strati del tessuto esofageo del topo. Le loro scoperte hanno mostrato che l’esofago si comporta come un materiale composito a tre strati simile a quelli comunemente usati in diverse applicazioni ingegneristiche. A conoscenza dei ricercatori, questi sono i primi risultati acquisiti delle proprietà meccaniche di ogni singolo strato dell’esofago.
“Il nostro studio ha dimostrato la maggiore affidabilità del dispositivo elettromagnetico, producendo errori nella risposta stress-deformazione al di sotto del 15% – un livello di accuratezza mai visto prima”, ha affermato il dott. Adrien Hallou, borsista post-dottorato presso il Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon Istituto. «Speriamo che questo dispositivo possa alla fine diventare il nuovo standard nel campo della biomeccanica dei tessuti, fornendo un set di dati standardizzato per la caratterizzazione della meccanica dei tessuti molli del topo e dell’uomo su tutta la linea».
Luca Rosalia, Ph.D. candidato all’IMES, ha aggiunto: “Attraverso l’analisi della biomeccanica dei tessuti sani e dei loro cambiamenti mentre si verificano durante la malattia, il nostro dispositivo potrebbe eventualmente essere utilizzato per identificare le alterazioni delle proprietà dei tessuti che sono di rilevanza diagnostica, diventando quindi uno strumento prezioso per informare la clinica decisioni”.
Riferimento: “Un metodo di prova di trazione magneticamente attivato e rilevato otticamente per la caratterizzazione meccanica dei tessuti biologici molli” di Luca Rosalia, Adrien Hallou, Laurence Cochrane e Thierry Savin, 11 gennaio 2023, I progressi della scienza.
DOI: 10.1126/sciadv.ade2522
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