Ce este nanobiomecanica?

„Nanobiomecanica” este un cuvânt relativ rar folosit pentru a descrie mecanica celulelor vii în acțiune. Prefixul „nano” este oarecum un cuvânt la modă, deoarece scalele de lungime relevante ale celulelor vii sunt măsurate în micrometri, nu în nanometri, deși unele dintre forțele relevante apar pe scara nanometrică. Deoarece celulele sunt elementele de bază ale tuturor ființelor vii, înțelegerea nanobiomecanicii lor este utilă pentru a prezice și a analiza proprietățile lor la scară macro.

Un cercetător în nanobiomecanică, Subra Suresh, un om de știință în materiale la MIT, este un pionier în aplicarea măsurătorilor la scară nanometrică la celulele vii. Într-un experiment, el a măsurat diferența de proprietăți fizice dintre globulele roșii sănătoase și globulele roșii infectate cu paraziții malariei. Folosind senzori minusculi care pot măsura forțe la fel de mici ca un piconewton (o trilionime dintr-un newton), Suresh a stabilit că globulele roșii infectate cu malarie erau de 10 ori mai rigide decât celulele roșii sănătoase, de trei până la patru ori mai rigide decât se estimase anterior. Nanobiomecanica acestor celule este importantă deoarece celulele rigide pot înfunda capilarele, provocând hemoragie cerebrală.

Cercetătorii speră că nanobiomecanica ne va ajuta să învățăm mai multe despre anumite boli și să producem noi tratamente sau cure pentru ele. Malaria este o țintă, altele sunt distrofia musculară, bolile cardiovasculare, cancerul de ficat și pancreas și anemia falciforme. În fiecare dintre aceste boli, celulele individuale prezintă modificări ale proprietăților fizice care pot fi măsurate teoretic pentru a înțelege mai eficient boala.

Nanobiomecanica poate juca, de asemenea, un rol în proiectarea de noi materiale sau dispozitive la scară nanometrică menite să fie implantate în corpul uman, cum ar fi stimulatoare cardiace, membre protetice sau implanturi mai futuriste, cum ar fi înlocuirile hipocampului. Implanturile umane actuale nu sunt de obicei structurate la scară nanometrică, deoarece cunoștințele noastre despre modelele avantajoase la această scară sunt limitate din cauza investigației insuficiente. Pe termen lung, cercetătorii speră că nanobiomecanica ar putea fi folosită pentru a crea implanturi care se îmbină atât de bine cu corpul uman încât șansa de respingere este aproape de zero, iar implanturile sunt la fel de eficiente și naturale ca organele în sine.