Maqolaning 1-qismini bu yerda o‘qing → sinaps.uz/maqola/13266
Silikon mushaklar
Agar tibbiyotda titan suyaklari anchadan beri haqiqatga aylangan bo‘lsa, sun’iy mushaklardan foydalanish hozirgacha laboratoriya ekzotikasidan iborat xolos. Shifokorlar hali sun’iy bitseps va tritsepsni bemorlarga qanday ko‘chirib o‘tkazishni o‘rganmadi. Bu yo‘nalishda amalga oshirilayotgan ishlanmalarga nazar tashlash insonda o‘zgacha qiziqish uyg‘otadi.
Sun’iy mushaklarning eng noodatiy nusxalaridan biri yaqinda Nyu Yorkdagi Kolumbiya universiteti olimlari tomonidan tayyorlandi. Bu mushakning g‘ayrioddiyligi shundaki, uni o‘zingiz oshxonada tayyorlashingiz mumkin. Buning uchun sizga bir necha kilogramm yuqori sifatli, ikki komponentli silikon, etil spirti, nixrom ip va kabellarni himoya qilish uchun ishlatiladigan, o‘rovchi mato kabi narsalar kerak bo‘ladi.
Bunday sun’iy mushaklar quyidagicha ishlaydi. Silikon suv va spirt bilan aralashmasligi tufayli polimerizatsiya paytida etanol pufakchalari material ichida germetik tarzda “qamalib qoladi”. Silikonni nixrom ip bilan isitish etanolning gaz fazasiga o‘tishiga va pufakchalar ichkaridan shishishiga olib keladi. Silikon juda elastik material bo‘lib, bunday cho‘zilishlarga bardosh bera oladi. Shu bilan birga, pufakchalar ichidagi bosim oshadi va shunga mos ravishda etanolning qaynash darajasi ko‘tariladi. Shunday qilib, gaz fazasiga o‘tish sekinlashadi va kengayish portlovchi tarzida emas, balki asta-sekinlik bilan sodir bo‘ladi.
Ushbu oddiy tamoyilga asoslanib, amerikalik tadqiqotchilar silikondan Makkiben havo motorlarini eslatuvchi mexanik aktuatorlarni yaratdi. Garchi silikon qisqarmay kengaysa ham, uni qattiq o‘ralgan holda mahkamlash bir harakatni boshqasiga yo‘naltirishga imkon beradi. Inson skeleti modeliga bir juft mana shunday aktuatorni biriktirib, muhandislar uning qo‘lini ko‘tarib-tushirishga va og‘ir narsalarni ko‘tarishga majbur qildi.
Olingan arzon va sodda material past zichlikka, hayratlanarli darajada elastiklikka ega, yuqori kuchlanish hosil qiladi va eng muhimi, jarrohlik jarayonlari uchun tadqiq etilgan, biomoslashuvchan silikondan tayyorlanadi. Etanolning yuqori qaynash darajasi ushbu materialning haqiqiy implantlarda qo‘llash imkoniyatini cheklasa ham, inson tanasi harorati bilan mutanosib keladigan haroratga ega bo‘lgan, juda ko‘p moddalar mavjud.
Ekspert fikri
Sun’iy mushaklardan foydalanish istiqbollari haqida biz fizika-matematika fanlari nomzodi, NITU MISiS kompozit materiallar markazi ilmiy xodimi Fedor Senatovga murojaat qildik. U bizga quyidagilarni aytib berdi:
“Hozircha haqiqiy implantlar qatoriga ‘sun’iy mushaklar’ni kiritishga erta. Buning sabablari juda ko‘p, lekin umuman olganda, biz tirik organizmda ishlash uchun zarur bo‘lgan barcha xususiyatlarga mos keladigan materialni yaratish imkoni yo‘qligini hisobga olishimiz kerak. Shakl xotirasi effektiga asoslangan materiallar haqida gap ketadigan bo‘lsa, ular odatda ancha yuqori faollashuv haroratini talab etadi. Masalan, biz ishlatadigan polietilenning mana shunday harorati 90 darajadan yuqori. Bunday mushaklarni inson tanasiga joylashtirish mumkin emas. Agar faollashuv harorati inson tana haroratiga yaqin bo‘lsa (polilaktat yoki poliuretan asosidagi kompozitsiyalar uchun), bunday aktuatorlarning samaradorligi ancha past bo‘ladi.
Shuning uchun, ‘sun’iy mushaklar’ning birinchi tibbiy qo‘llanishi implantlar bilan emas, balki tashqi qurilmalar, ya’ni ekzoskeletlar bilan bog‘liq bo‘lishi kerak. Ekzoskeletlar allaqachon mavjud, ammo ular elektrmotorlar yordamida ishlaydi va ishlab chiqilgan texnologiya tabiiy inersiya xususiyatiga ega bo‘lgani tufayli elektr motorlarining ustunligi ancha uzoq davom etadi. Biroq sun’iy mushaklar kelajakda keng tarqaladi. Elektr motorlaridan farqli o‘laroq, ular namlikdan qo‘rqmaydi, butunlay shovqinsiz ishlaydi, juda yengil va eng muhimi, juda arzon bo‘lishi mumkin. Misol uchun, laboratoriyamizda yaratilayotgan polietilen qurilmalar 30 kilogrammdan ortiqroq vaznni ko‘tarishga qodir bo‘lgan ‘mushak’ hisoblanib, uning narxi taxminan 10 ming rublni tashkil qiladi. Shu bilan birga, o‘ziga xos quvvat jihatidan ularni elektromotorlar bilan taqqoslash mumkin”.
Shunday ekan, yaqin kelajakda jarrohlar ixtiyorida silikon mushaklar paydo bo‘lishini kutmaslik kerak. Hozircha bunday mushaklar yumshoq robot yoki harorati boshqariladigan avtonom qurilmalarni yaratish uchun foydali bo‘lishi mumkin. Ehtimol, ular silliq mushaklarning ishini takrorlash uchun ishlatilar. Biroq hozirda barcha sintetik analoglar o‘rnini haqiqiy tirik hujayralardan tashkil topgan organlar egallamoqda. Quyidagi hikoya shularga bag‘ishlanadi.
Ismaloqdan yaratilgan “yurak”
Sun’iy organlar kelajak hayotining ajralmas qismidir. Masalan, N+1’da allaqachon qaysi organlar odamlarda klinik amaliyot jarayonida sinovdan o‘tkazilgani haqida aytib o‘tilgan.
Muxtasar qilib aytganda, bu muammoga ikki xil usulda yondashsa bo‘ladi. Birinchidan, 3D printer yordamida yuqoridan pastga tamoyili asosida yangi organni yaratishga urinib ko‘rish mumkin. U plastik o‘rniga tirik hujayralar va jelatin yoki gialuron kislotasi kabi biopolimerlardan chop etiladi. Pastdan yuqoriga tamoyili asosida organlarni yaratishga harakat qilish mumkin. Bu usulda hujayrasizlantirilgan matritsalardan foydalaniladi va ular bemor hujayralari bilan to‘ldiriladi. Ikkinchi usulda biz hayvonlardan olingan organlardan foydalanishimiz mumkin. Ular barcha hujayralardan tozalanadi, keyin esa bemorning hujayralari bilan to‘ldiriladi.
Birinchi usul to‘liq bo‘lmagan organlarni yaratish uchun juda mos keladi va ularda klinik preparatlar sinovlarini o‘tkazish muhim vazifadir, lekin ulardan transplantatsiya maqsadida foydalanilmaydi. Ikkinchi usul esa yanada istiqbolli ko‘rinadi, ammo u haligacha uzoq umr ko‘radigan organlarni o‘stirishga imkon bermayapti.
Aslida, hujayrasizlantirilgan matritsalar alohida katta muhokamaga loyiq, ammo biomateriallar bo‘yicha suhbatning bir qismi sifatida tadqiqotchilar yaqinda ismaloq va petrushkadan inson yuragi modelini shakllantirgani haqida bir marta eslab o‘tmasak odobsizlik bo‘ladi.
“Nima uchun?” degan savolga javob berishdan oldin, keling, qanday qilib olimlar shunday qilganiga e’tibor qarataylik. Amerika Vorchester politexnika instituti olimlari shuvoq, ismaloq va petrushkaning bir nechta barglarini tanlab olib (o‘simliklar mahalliy bozorda sotib olingan. Bu haqda “Material va usullar” maqolasining tegishli bo‘limida atroflicha ma’lumot berilgan), ularning tomir tizimiga nasos ulanib, bir necha kun davomida yuvish vositasi va eritmalar bilan yuvildi.
Sellyuloza moddasi o‘simlik hujayralari va oqsillardan tozalangandan so‘ng barglar shaffof bo‘lib qoldi. Keyin bo‘yoq zarralarini sinov eritmasi sifatida (harakatchanlikni nazorat qilish uchun), so‘ngra haqiqiy hujayra qismlari tomir tizimi orqali yuborildi. Bargni ekishdan oldin unga fibronektin, ya’ni hayvon hujayrasidan tashqari matritsasi bir qismi bo‘lgan va o‘simliklarda tabiiy ravishda uchramaydigan oqsil bilan ishlov berilgan.
Birinchi bo‘lib, o‘simlik tomirlari endotelial hujayralar bilan to‘ldirildi (ular kapillyarlarni qoplab oladi), so‘ngra biriktiruvchi to‘qima hujayralari yuborildi va nihoyat, inson ildiz hujayralaridan olingan kardiomiositlar bargga kiritildi. Mualliflarning ta’kidlashicha, shu tarzda hosil qilingan ismaloq yuragi taxminan uch hafta davomida urib turgan.
Ushbu ajoyib tajribadan maqsad sun’iy organlarning “vegetarian turlarini” hosil qilish emas, aksincha, organlarni yaratishda allaqachon ishlatish mumkin bo‘lgan, lekin hali olimlarning e’tiboriga tushmagan ko‘plab biomateriallar mavjudligini ta’kidlash edi. Mutaxassislar sellyuloza hayvonlarning to‘qimalari bilan yaxshi kirishib ketishini anchadan beri biladi va hatto olma bo‘laklari sutemizuvchi hujayralarini yetishtirish uchun maydon sifatida ishlatilgan.
Yaqin kelajakda “ismaloq yurak”lar tirik bemorlarning ko‘kragida urib turishini tasavvur qilish qiyin bo‘lsa-da, sun’iy organlar yaratish bo‘yicha ishlar butun dunyo bo‘ylab qizg‘in davom etmoqda. Bu bizni qayerga olib borishini hech kim bilmaydi.
Muallif: Aleksandr Yershov.Ushbu maqola nplus1.ru saytidagi “А вместо сердца — пламенный мотор. Самые безумные биоматериалы будущего на службе человека” nomli maqolaning tarjimasi.
Muqova surat: nplus.ru
