وقتی نوبت به مطالعه ریه ها می شود، انسان تمام هوا را جذب می کند، اما معلوم شد که دانشمندان چیزی برای یادگیری از مارمولک ها دارند.
یک مطالعه جدید از دانشگاه پرینستون نشان می دهد که چگونه مارمولک قهوه ای از آنولی یکی از پیچیده ترین مشکلات طبیعت - تنفس - را با سادگی بسیار حل می کند. درحالی‌که ریه‌های انسان ماه‌ها و سال‌ها در ساختارهای درخت‌مانند باروک رشد می‌کنند، ریه آنولا تنها در چند روز در لوب‌های خشن پوشیده از برآمدگی‌های پیازی رشد می‌کند. این ساختارهای کدو تنبل، اگرچه بسیار کمتر تصفیه شده اند، اما به مارمولک اجازه می دهند تا اکسیژن را با گازهای زائد مبادله کنند، درست مانند ریه های انسان. و با رشد سریع آنها از طریق فرآیندهای مکانیکی ساده، ریه های مقعدی الهام جدیدی را برای مهندسین طراحی بیوتکنولوژی مدرن فراهم می کند.
سلست نلسون، استاد مهندسی زیستی و محقق اصلی خانواده ویلک، گفت: «گروه ما واقعاً علاقه مند به درک رشد ریه برای اهداف مهندسی است. "اگر ما درک کنیم که ریه ها چگونه ساخته می شوند، شاید بتوانیم از مکانیسم هایی که مادر طبیعت برای بازسازی یا مهندسی بافت ها استفاده می کند، استفاده کنیم."
در حالی که ریه‌های پرندگان و پستانداران از طریق انشعاب بی‌پایان و سیگنال‌های بیوشیمیایی پیچیده، پیچیدگی زیادی پیدا می‌کنند، ریه‌های دارای آنول قهوه‌ای، پیچیدگی نسبتاً متوسط خود را از طریق یک فرآیند مکانیکی شکل می‌دهند که نویسندگان آن را به یک توپ استرس خالص، اسباب‌بازی معمولی در کشوهای میز تشبیه می‌کنند. ویدیوهای DIY این مطالعه در 22 دسامبر در مجله منتشر شد دستاوردهای علمیبه گفته محققان، اولین مورد در تاریخ است که رشد ریه یک خزنده را بررسی می کند.
ریه آنولا برای چند روز به صورت یک غشای توخالی و کشیده شروع به رشد می کند که توسط یک لایه یکنواخت از ماهیچه صاف احاطه شده است. در طول رشد، سلول های ریه مایع ترشح می کنند و با این کار، غشای داخلی به آرامی باد می شود و مانند یک بالون نازک می شود. فشار عضله صاف را فشرده می کند و باعث سفت شدن و پخش شدن آن به دسته های الیاف می شود که در نهایت شبکه ای به شکل لانه زنبوری را تشکیل می دهند. فشار مایع به فشار دادن غشای الاستیک به بیرون ادامه می‌دهد و از میان شکاف‌های شبکه عروقی بیرون زده و حباب‌های پر از مایع را تشکیل می‌دهد که ریه‌ها را می‌پوشاند. این برجستگی ها سطح بسیار زیادی را ایجاد می کنند که در آن گاز مبادله می شود. و تمام. کل فرآیند کمتر از دو روز طول می کشد و در هفته اول جوجه کشی به پایان می رسد. هنگامی که مارمولک از تخم بیرون می آید، هوا وارد قسمت بالایی ریه می شود، در اطراف حفره ها می چرخد و سپس به عقب جریان می یابد.
برای مهندسانی که می خواهند از میانبرهای طبیعت برای سلامت انسان استفاده کنند، این سرعت و سادگی یک الگوی طراحی کاملاً جدید ایجاد می کند. این مطالعه همچنین پایه جدیدی را برای دانشمندان ایجاد می کند تا روند رشد خزندگان را با جزئیات بیشتر مطالعه کنند.
نلسون گفت، هنگامی که نلسون برای اولین بار مطالعه ریه مرغ را در اواخر دهه 2000 آغاز کرد، حکمت متعارف می گفت که "ریه های مرغ همان ریه های موش است که همان ریه های انسان است." "و این درست نیست."
او که مشتاق رد این فرضیات بود، به تیم خود دستور داد تا سؤالات اساسی در مورد چگونگی ساخت ریه های طبقات مختلف مهره داران بپرسند. نلسون گفت: «معماری ریه‌های پرندگان به‌طور باورنکردنی با ریه‌های پستانداران متفاوت است. به عنوان مثال، به جای دیافراگم، کیسه های هوایی در بدن پرندگان تعبیه شده است که مانند دمنده عمل می کند.
نلسون برای تطبیق پیچیدگی فوق‌العاده ریه‌های پرندگان با ابزارهایی که می‌توانند برای سلامت انسان مفید باشند، معتقد بود که علم باید حتی عمیق‌تر شود. طبیعت مشکل تبادل گاز را با دو سیستم کاملاً متفاوت حل کرده است. ارتباط آنها چگونه بود؟ و آیا هیچ سیستم دیگری وجود ندارد؟ این کار تیم او را در جستجوی یک منشا مشترک به دوران تکاملی بازگرداند. و خزنده آنجا نشسته بود و همان کاری را انجام می داد که خزندگان به خوبی انجام می دهند: پنهان شدن در یک مکان برجسته.
زمانی که مایکل پالمر به عنوان دانشجوی فارغ التحصیل به آزمایشگاه پیوست، چالش سازماندهی این مطالعه را - به معنای واقعی کلمه - از همان ابتدا به عهده گرفت. معلوم شد تمساح ها خیلی شوم هستند. سالنامه های سبز از تولید مثل خودداری کردند. پس از سال‌ها کار مقدماتی، پالمر در اواخر سال 2019 سفری به فلوریدا را آغاز کرد تا سالانه‌های قهوه‌ای وحشی را شکار کند. او و همکارش از میان گل و لای یک پارک حومه شهر سر خوردند و صخره‌ها و برگ‌ها را در لبه جنگل چرخاندند. آنها از تله‌های نخ دندان برای گرفتن حدود دوازده نفر و قرار دادن آنها در ویواریوم مینیاتوری خود استفاده کردند. آنها سپس حیوانات را از شمال فلوریدا به پرینستون بردند، جایی که دامپزشکان دانشگاه و کارکنان منابع حیوانی به تیم کمک کردند تا یک مرکز دائمی برای سالانه ها راه اندازی کنند.
پالمر سپس شروع به بررسی تخم‌ها برای ترسیم رشد ریه‌های موجودات کرد. پالمر با همکاری آندری کوشمرز، استادیار مهندسی مکانیک و هوافضا، و دانشجوی Anvitha Sudhakar، از مشاهدات خود برای ساخت یک مدل محاسباتی از ریه و درک فیزیک آن استفاده کرد.
پالمر که دکترای خود را دریافت کرد، گفت: «ما کنجکاو بودیم که آیا می‌توانیم از مطالعه چنین ریه ساده‌ای چیزی در مورد اصول اولیه رشد ریه بیاموزیم. در مهندسی شیمی و بیولوژیکی در اوایل سال جاری. او شواهدی را دیده است که نشان می‌دهد ماهیچه‌های صاف در مجسمه‌سازی در سیستم‌های دیگر نقش دارند، اما در این مطالعه او توانست نحوه عملکرد مستقیم آن را مشاهده کند.
پالمر گفت: ریه‌های مارمولک از طریق مکانیسم‌های فیزیکی زیادی رشد می‌کنند. "آبشاری از فشارهای ناشی از فشار و اعوجاج ناشی از فشار." در کمتر از دو روز، بدن از یک بالون صاف به یک ریه کاملاً تشکیل شده تبدیل می‌شود. و این فرآیند به اندازه کافی ساده است تا پالمر از مدل محاسباتی خود برای ساخت یک ماکت در آزمایشگاه استفاده کند. اگرچه سیستم طراحی شده پیچیدگی کامل سیستم زنده را برآورده نمی کرد، اما نزدیک شد.
محققان این غشاء را با استفاده از یک ماده سیلیکونی به نام Ecoflex که اغلب در صنعت فیلم برای گریم و جلوه های ویژه استفاده می شود، ریخته اند. آنها سپس این سیلیکون را با سلول‌های ماهیچه‌ای چاپ سه‌بعدی پیچیده کردند تا همان نوع موج‌دار را در سیلیکون متورم ایجاد کنند که پالمر در یک اندام زنده پیدا کرده بود. آنها با موانع فنی مواجه شدند که اصالت خلقت آنها را محدود می کرد، اما در نهایت به طرز چشمگیری شبیه اندام زنده بود.
این مارمولک‌های فروتن در حیاط خلوت نوع جدیدی از ریه مصنوعی و چارچوبی را الهام گرفته بودند که مهندسان می‌توانستند آنها را برای اهداف نامعلوم آینده اصلاح کنند.
نلسون گفت: "جانداران مختلف ساختار اندام های متفاوتی دارند و این زیبا است و ما می توانیم چیزهای زیادی از آن بیاموزیم." اگر تخمین بزنیم که تنوع زیستی زیادی وجود دارد که نمی‌توانیم ببینیم و سعی کنیم از آن بهره ببریم، ما به‌عنوان مهندس ابزارهای بیشتری برای مقابله با برخی از چالش‌های اصلی جامعه خواهیم داشت.
عنوان مقاله "مورفوژنز توپ استرس: چگونه مارمولک ریه های خود را می سازد" است.
نقل قول: مارمولک‌های معمولی رویکردی شگفت‌انگیز برای طراحی ریه مصنوعی ارائه می‌دهند (2021، 22 دسامبر)، بازیابی شده در 22 دسامبر 2021 از https://phys.org/news/2021-12-humble-lizards-approach-artificial -lungs.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- غول نه توزیع اندرو توماس هر چیزی پس از مقابله و لحیم کاری انتخاب کردن
- راهنمای خرید تلویزیون ال جی و نکات طلایی هنگام خرید تلویزیون ال جی
- نیویورک پست: آمریکا coronavirus تست رسمی می گوید Fauci "است نه 100 درصد حق"
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- راز جکوزی بادی که هیچ کس درباره آن صحبت نمی کند
- Kenny, عکسهای خواند "bulls—t' در NFL پاسخ به جورج فلوید مرگ
- غول محل دیوید آستانه در به تازگی ایجاد شده coronavirus لیست
- تعمیر موتور تیوفایو Tu5
- ویتامین C IV و FBI حمله. چگونه امید به جای اثبات فرستاده آنتی اکسیدان فروش افزایش طول COVID-19.