Tytuł brzmieć może dość enigmatycznie (jeśli nie drastycznie), ale już spieszę z wyjaśnieniem. W dużym uproszczeniu: naukowcy (amerykańscy, a jakże) stworzyli hybrydę tkanki organicznej i metalu, podatną na stymulację przy pomocy niebieskiego lasera. Wykorzystali do tego złoto i specjalnie spreparowaną tkankę mięśniową ze szczurzych serc. Czyli – jeśli lekko naciągniemy definicję – zbudowali cyborga.
- naukowcy połączyli metale z tkanką mięśniową i znaleźli sposób na jej zdalne kontrolowanie przy pomocy niebieskiego lasera
- „cyborg” potrafi pływać w płynie będącym jednocześnie paliwem dla tkanki organicznej
- nie wiadomo do czego to będzie służyć, ale działa
- czy to przyszłość bioinżynierii?
Natura = programista nie uznający komentarzy
Wyobraźcie sobie, że musicie się nauczyć nowego języka programowania. Znacie teoretyczne podstawy algorytmiki, być może spotkaliście się wcześniej ze strzępkami kodów źródłowych jakiegoś profesjonalnego programisty, który jednak nie miał w zwyczaju pisania komentarzy. Jak się z tym czujecie? Dokładnie tak, jak naukowcy studiujący tajniki przyrody. Jednym z najbardziej optymalnych sposobów nauczenia się czegoś w tym przypadku, jest dokładnie przyjrzenie się przykładom, a następnie dokonanie własnych modyfikacji, obserwując ich efekty. Bingo – to samo robią naukowcy, a płaszczka-cyborg jest zwieńczeniem jednej z najnowszych tego typu modyfikacji.
Biologia, chemia i lasery
Zasadę działania mięśni znamy od dawna. Zasada ta jest teoretycznie bardzo prosta – przepuszczamy przez mięsień prąd elektryczny, a mięsień się kurczy. Jest tylko mały haczyk – mięsień jest tkanką organiczną, w dodatku z budowaną z bardzo, bardzo małych włókien. Można położyć strzępek na szkiełku i dotykać go elektrodami. Jak jednak podłączyć te elektrody na stałe? Przecież ich nie przylutujemy…? Naukowcy wymyślili inny sposób, a z pomocą przyszła im inżynieria genetyczna. Pobrali oni tkanki mięśnia sercowego szczura i poddali je modyfikacjom genetycznym, czyniąc je podatnymi na niebieskie światło lasera. Dlaczego niebieskiego, a nie czerwonego? Prawdopodobnie dlatego, że niebieskie niesie znacznie więcej energii, niż inne kolory światła widzialnego. Kolejnym krokiem było przytwierdzenie tkanki do czegoś w rodzaju „neutralnie naładowanego” (posiadającego ten sam potencjał, co otoczenie?) szkieletu. Użyto do tego złota i tytanu, a całość pokryto elastomerową membraną, imitującą w działaniu skórę.
Cyborg ma 16 milimetrów długości, waży 10 gramów i składa się z ok. 200 000 komórek mięśniowych. Osoby bardziej wrażliwe na los zwierząt mogę uspokoić – komórki nie są pobierane od żywego dawcy, a specjalnie hodowane w laboratorium. Z tego powodu „budowa” jednego takiego stworzenia zajmuje kilka tygodni.
Jak działa cyborg?
Istnieje duża szansa na to, że widzieliście kiedyś płynącą płaszczkę – czy to na filmie, czy może na żywo. Poziome płetwy „falują”, niejako przesuwając strumień wody do tyłu (albo przesuwając ciało ryby do przodu – jak kto woli). Tutaj macie bardziej obrazowy podgląd w porównaniu z efektem osiągniętym przez naukowców:
W cyborgu nie użyto żadnego mikrokontrolera, który sterowałby komórkami mięśniowymi w wybranej kolejności. Efekt z filmu uzyskano w czysto mechaniczny sposób – poszczególne włókna ułożono we wzór serpentyny (zygzak) wzdłuż płetw. Odpowiednio krótkie impulsy lasera, padające na przód cyborga, stymulują krótkotrwały skurcz, który rozchodzi się wzdłuż ciała niczym fala na wodzie. Minusem rozwiązania jest fakt, że mięśnie powodują ruch płetwy tylko w dół. Płaszczki posiadają mięśnie, które pozwalają wygiąć płetwę również w górę, ale naukowcy poszli na łatwiznę i użyli złota jako czegoś w rodzaju sprężyny. Dodanie drugiej warstwy mięśni („prostowników”) jest jednym z planowanych usprawnień w kolejnych iteracjach tego projektu – pozwoli dodatkowo usprawnić proces pływania.
Cyborg-płaszczka do działania potrzebuje specjalnego płynu zawierającego m.in. cukry będące paliwem dla komórek. Jeśli wrzucicie go do wody i oświetlicie pulsującym laserem, to nic się nie stanie. Co innego, jeśli zamiast tego wrzucicie go do basenu pełnego krwi… Prawda, że urocze?
Dlaczego akurat mięsień sercowy?
Dla tych, którzy nie uważali w liceum na biologii, chciałbym przypomnieć, że serce kręgowca jest zbudowane z mięśni poprzecznie prążkowanych typu sercowego. Od „zwykłych” mięśni poprzecznie prążkowanych odróżnia je to, że działają one w dość „cyfrowy” sposób. Zwykłe mięśnie szkieletowe mogą mieć różny stopień napięcia w zależności od natężenia prądu przewodzonego przez nie impulsu elektrycznego. Mięsień sercowy jest całkowicie rozluźniony, albo całkowicie napięty, niezależnie od impulsu „sterującego”. Dodatkowo, przewodzenie tych impulsów jest zdecydowanie wolniejsze, co pozwala nieco łatwiej sekwencjonować sztuczne wywoływanie skurczów.
Źródło: [1]