शोधकर्ताओं ने एक सेलुलर व्यायाम मैट डिजाइन किया है जो वैज्ञानिकों को सूक्ष्म स्तर पर व्यायाम के यांत्रिक प्रभावों को समझने में मदद कर सकता है। शोधकर्ताओं ने मैग्नेट युक्त एक जेल पैड बनाया है जो व्यायाम के दौरान मांसपेशियों की कोशिकाओं द्वारा अनुभव किए जाने वाले यांत्रिक बलों का अनुकरण कर सकता है। यह नया "व्यायाम मैट" मांसपेशियों की चोटों और न्यूरोमस्कुलर रोगों वाले रोगियों में उपचार के परीक्षण के लिए या नरम रोबोट में उपयोग के लिए कृत्रिम मांसपेशियों को विकसित करने के लिए उपयोगी हो सकता है।
मानव शरीर में, कोशिकाएं रासायनिक, विद्युत और यांत्रिक संकेतों के संयोजन के माध्यम से संचार करती हैं, खासकर व्यायाम के दौरान। प्रयोगशाला में निर्मित कोशिकाओं के लिए जीवंत यांत्रिक कोशिका-कोशिका संपर्क बनाना कठिन हो सकता है क्योंकि यह अक्सर कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाता है।
एमआईटी शोधकर्ताओं ने व्यायाम के दौरान कंकाल की मांसपेशियों की कोशिकाओं को प्राप्त होने वाले यांत्रिक प्रभावों का अनुकरण करने के लिए एक क्षति-मुक्त तरीका बनाया है - इसे कोशिकाओं के लिए एक फिटनेस मैट की तरह समझें।
"यहां, हम गति के दो मुख्य कारकों - रासायनिक और यांत्रिक - को अलग करना चाहते थे और देखना चाहते थे कि मांसपेशियां गति की यांत्रिक शक्तियों पर कैसे प्रतिक्रिया करती हैं," अध्ययन के संबंधित लेखक रितु रमन ने कहा।
शोधकर्ताओं ने चुम्बकों को मांसपेशियों की कोशिकाओं को बिना किसी क्षति के नियमित रूप से और बार-बार यांत्रिक बल का सामना करने में सक्षम बनाने के एक तरीके के रूप में देखा। शोधकर्ताओं ने व्यावसायिक रूप से उपलब्ध चुंबकीय नैनोकणों को रबरयुक्त सिलिकॉन समाधान के साथ मिलाया, फिर मिश्रण को शीट में ठोस बनाया और उन्हें बहुत पतली स्ट्रिप्स में काट दिया। हमने एक प्रोटोटाइप पैड बनाया जिसमें हाइड्रोजेल की दो परतों के बीच थोड़ी-सी चौड़ी दूरी पर स्थित चार चुंबकीय छड़ें शामिल थीं।
मांसपेशियों की कोशिकाओं को चटाई की सतह पर रखने से, गोल कोशिकाएं धीरे-धीरे लंबी हो जाती हैं और पड़ोसी कोशिकाओं के साथ मिलकर फाइबर बनाती हैं। जेल पैड के नीचे, शोधकर्ताओं ने ट्रैक पर एक बाहरी चुंबक लगाया और इसे आगे और पीछे जाने के लिए प्रोग्राम किया। जेल में लगे चुम्बक गति करते हैं, जिससे जेल दोलन करता है और कोशिकाओं की वास्तविक गति के समान बल पैदा करता है। उन्होंने 10 दिनों तक प्रतिदिन 30 मिनट तक कोशिकाओं का "व्यायाम" किया। बिना व्यायाम वाली मांसपेशी कोशिकाओं का एक समूह नियंत्रण के रूप में कार्य करता है।
रमन ने कहा, "फिर हमने ज़ूम इन किया और जेल की तस्वीरें लीं और पाया कि यांत्रिक रूप से उत्तेजित कोशिकाएं नियंत्रण कोशिकाओं से बहुत अलग दिखती थीं।"
उन्होंने पाया कि प्रयोग की गई कोशिकाएं लंबी हो गईं और एक ही दिशा में संरेखित तंतुओं में बदल गईं। इसके विपरीत, नियंत्रण कोशिकाएँ गोल और अव्यवस्थित रहती हैं। सामान्य परिस्थितियों में, मांसपेशियों की कोशिकाएं तंत्रिकाओं से विद्युत आवेगों की प्रतिक्रिया में सिकुड़ती हैं, लेकिन प्रयोगशाला स्थितियों में यह कोशिकाओं को नुकसान पहुंचा सकती हैं। इसलिए शोधकर्ताओं ने आनुवंशिक रूप से कोशिकाओं को नीली रोशनी के संपर्क में आने पर सिकुड़ने के लिए इंजीनियर किया।
"जब हम किसी मांसपेशी पर प्रकाश डालते हैं, तो आप नियंत्रण कोशिकाओं को धड़कते हुए देख सकते हैं, लेकिन कुछ तंतु इस तरह से धड़क रहे हैं और कुछ उस तरह से धड़क रहे हैं, जिससे कुल मिलाकर एक बहुत ही अतुल्यकालिक हलचल पैदा हो रही है," रमन ने कहा। "तंतुओं के संरेखित होने से, वे एक ही समय में एक ही दिशा में खींच और धड़क रहे हैं।"
शोधकर्ताओं का कहना है कि नया "व्यायाम जेल" मांसपेशी फाइबर को तराशने और व्यायाम के प्रति उनकी प्रतिक्रिया का अध्ययन करने के लिए एक त्वरित, गैर-आक्रामक तरीके के रूप में काम कर सकता है, जिससे लोगों को मांसपेशियों की चोटों और न्यूरोमस्कुलर रोगों से उबरने में मदद करने के लिए उपचार मिल सकता है। वे जेल पर अन्य प्रकार की कोशिकाओं को विकसित करने और 'व्यायाम' के प्रति उनकी प्रतिक्रिया का अध्ययन करने की भी योजना बना रहे हैं।
"जैविक साक्ष्य से पता चलता है कि कई प्रकार की कोशिकाएं यांत्रिक उत्तेजनाओं पर प्रतिक्रिया करती हैं। यह बातचीत का अध्ययन करने के लिए एक नया उपकरण है," रमन ने कहा।
यह शोध डिवाइसेस जर्नल में प्रकाशित हुआ था।