Την ανακάλυψη μιας συσκευής εμπνευσμένης από τις βεντούζες του χταποδιού, για τον χειρισμό ιδιαίτερα ευαίσθητων μοσχευμάτων και βιοαισθητήρων, ανακοίνωσε διεθνής επιστημονική ομάδα σε πρόσφατη δημοσίευσή της. Με τη συγκεκριμένη συσκευή που βασίζεται στη βιομιμητική αναμένεται να ξεπεραστούν εμπόδια σε πολλές κλινικές εφαρμογές της αναγεννητικής ιατρικής.
Το χταπόδι στην υπηρεσία της αναγεννητικής ιατρικής
Οι κολλώδεις μυζητήρες (βεντούζες) του συμπαθούς μαλάκιου αποτέλεσαν πηγή έμπνευσης για την επιστημονική ομάδα με επικεφαλής τον Hyunjoon Kong, καθηγητή του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις των ΗΠΑ. Οι μυζητήρες, που αποτελούνται από μυϊκά κύτταρα, εντοπίζονται στην εσωτερική πλευρά των βραχιόνων τους και χρησιμεύουν στην προσκόλληση και στην αιχμαλώτιση της λείας τους. Αυτή η ικανότητά τους σχετίζεται με ηλεκτρικά σήματα που ελέγχουν τη γρήγορη σύσπαση και χαλάρωση των μυϊκών κυττάρων των μυζητήρων.
Από αυτήν ακριβώς την διαδικασία εμπνεύστηκαν οι επιστήμονες, προκειμένου να δώσουν λύση στο δύσκολο ζήτημα που αφορά τον χειρισμό πολύ ευαίσθητων μοσχευμάτων που χρησιμοποιούνται στην αναγεννητική ιατρική. Η αναγεννητική ιατρική περιλαμβάνει την κυτταρική θεραπεία, κατά την οποία κύτταρα του ασθενούς απομονώνονται και κατόπιν καλλιεργούνται στο εργαστήριο. Οι λεπτές κυτταρικές στιβάδες που προκύπτουν στη συνέχεια μεταμοσχεύονται στον ασθενή. Οι συγκεκριμένες δομές απαιτούν λεπτούς χειρισμούς γιατί είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στη φθορά και την μόλυνση. Επιπλέον επειδή πρόκειται για μια πολύ λεπτή μεμβράνη βιολογικού υλικού, το μόσχευμα πρέπει να μεταφερθεί γρήγορα και χωρίς να αναδιπλωθεί στο επιθυμητό σημείο του ανθρώπινου σώματος.
Για να ξεπεραστούν όλα αυτά τα εμπόδια οι επιστήμονες δημιούργησαν μια συσκευή που μπορεί να συγκρατήσει υλικά με πολύ μικρό πάχος, όπως είναι λίγες στρώσεις κυττάρων τις οποίες μπορεί να εναποθέσει στο επιθυμητό σημείο στο σώμα του ασθενούς χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση. Η διαδικασία που κρατάει ελάχιστα δευτερόλεπτα συντελείται ως απόκριση σε ηλεκτρικό σήμα, με τρόπο που προσομοιάζει την κίνηση των μυζητήρων των χταποδιών. Η συσκευή απαρτίζεται από ένα εύκαμπτο θερμαινόμενο υλικό το οποίο προσκολλάται με κυανοακρυλικό κολλώδες υλικό σε ένα τζελ που αποκρίνεται στις θερμοκρασιακές μεταβολές αλλάζοντας το μέγεθός του. Πάνω σε αυτό το τζελ προσκολλάται προσωρινά το μόσχευμα, όπως οι βεντούζες των χταποδιών. Με τη μεταβολή της θερμοκρασίας το τζελ συρρικνώνεται και απελευθερώνει άθικτο το μόσχευμα.
Κεφαλόποδα: ανεξάντλητη πηγή ιδεών και εφευρέσεων
Η βιομιμητική, η άντληση δηλαδή ιδεών από τα βιολογικά συστήματα με σκοπό την εφεύρεση τεχνολογιών για την επίλυση προβλημάτων, αφορά όλους τους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας, οι οποίοι οφείλουν σε αυτή μεγάλο μέρος της καινοτομίας και της προόδου τους. Από πολύ νωρίς οι άνθρωποι στράφηκαν στη φύση, προσπάθησαν να ερμηνεύσουν τους μηχανισμούς που διέπουν την λειτουργία και την οργάνωση των ζωντανών οργανισμών και να μιμηθούν από την υποδειγματική πολυπλοκότητά τους προκειμένου να βελτιώσουν τις συνθήκες ζωής τους. Ιδιαίτερα τα χταπόδια έχουν αποτελέσει πηγή έμπνευσης σε διάφορους τομείς και όχι τυχαία αφού με βάση τη μορφολογία τους κατατάσσονται στα πιο εξελιγμένα ζώα στη συνομοταξία τους. Διαθέτουν καλά ανεπτυγμένη όραση, μυώδεις βραχίονες με βεντούζες που τα καθιστούν δεινούς θηρευτές και δύτες, ενώ μπορούν μέσα σε δευτερόλεπτα να καμουφλάρονται για να προφυλαχτούν από άλλα ζώα, για να επικοινωνήσουν μεταξύ τους και για να κυνηγήσουν την τροφή τους.
Μέχρι στιγμής έχουν παρασκευαστεί υλικά ένδυσης που μπορούν να αλληλεπιδρούν με το φως με παρόμοιο τρόπο σε σχέση με τα εξειδικευμένα κύτταρα του δέρματος των χταποδιών. Τα υλικά αυτά μπορούν να δεσμεύουν ή να απελευθερώνουν θερμότητα και μπορούν να αλλάζουν χρώμα ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται. Η αντιγραφή των μηχανισμών καμουφλάζ και η κατασκευή ρομποτικών συστημάτων με μηχανισμούς σύλληψης αντίστοιχους με τις βεντούζες των χταποδιών έχει επίσης πραγματοποιηθεί και έχει εφαρμογές, μεταξύ άλλων και στην πολεμική βιομηχανία.
Από την κίνηση και το σώμα των κεφαλόποδων και κυρίως των χταποδιών, προέκυψε η ιδέα για την κατασκευή νέας γενιάς ρομποτικών συστημάτων που χαρακτηρίζονται από μαλακό και ευέλικτο σκελετό. Σύρματα και ελατήρια που μιμούνται τους μυς και τους τένοντες επιτρέπουν μια αρμονική κίνηση στον περιβάλλοντα χώρο, ενώ με την παντελή έλλειψη δομών που να προσομοιάζουν οστέινο σκελετό, μπορούν να αλλάξουν το σχήμα και το μέγεθός τους και να ελιχθούν με εντελώς διαφορετικό τρόπο σε σχέση με τα δύσκαμπτα ρομπότ των προηγούμενων δεκαετιών.
Η δημιουργία της ηλεκτροθερμικής συσκευής που μπορεί να δεσμεύει και να μεταφέρει ευαίσθητα μοσχεύματα αντιγράφοντας τον τρόπο με τον οποίο οι βεντούζες των χταποδιών προσκολλώνται στη λεία τους, αποτελεί ένα ακόμα τεχνολογικό επίτευγμα της βιομιμητικής. Η μελέτη και αντιγραφή προτύπων που διέπουν τα βιολογικά συστήματα αναμένεται να δώσει λύσεις σε διάφορα προβλήματα και έχει ευρεία εφαρμογή όχι μόνο στην ιατρική αλλά και σε πολλά ακόμη επιστημονικά πεδία.
Πηγές:
1. Kim B. S. et al, Electrothermal soft manipulator enabling safe transport and handling of thin cell/tissue sheets and bioelectronic devices. Sci Adv. 2020 Oct 16;6(42).
2. https://blogs.illinois.edu
