研究室での新しい生体力学的試験方法による軟生体組織の特性評価

2023年1月23日の特集

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タマラシー・ジーワンダラ著、Medical Xpress

生体軟組織は、組織の発達、維持、修復中の細胞の挙動に影響を与えるため、人間の生理機能や疾患に影響を与える重要な構成要素です。 既存の方法のほとんどは、包括的な特性評価技術によって制限されており、それによって組織構造の基礎となる基本的なプロセスが損なわれています。

Science Advances に掲載された新しいレポートの中で、ルカ・ロザリア氏とハーバード大学とケンブリッジ大学の健康科学、物理学、工学の研究チームは、閉ループ相互作用に基づいた、実験室での軟生体組織の一軸引張試験用の機器を開発しました。電磁アクチュエータと光学式ひずみセンサの間。

研究チームは、合成エラストマーを使用して機器を検証し、次にこの機器を使用して、マウスの食道組織やその構成層（上皮組織、結合組織、筋肉組織など）などの軟組織の機械的特性を検査しました。 科学者たちは、軟生体組織の生体力学に関する幅広い研究のための理想的なプラットフォームを促進するために、機器の信頼性を向上させました。

軟組織の特性には、胚の形態形成、出生後の発達、生理機能など​​のさまざまな生物学的プロセスの鍵となる剛性、強度、粘弾性が含まれます。 このような生物学的特性は、心血管疾患だけでなく、癌から創傷治癒や線維症に至るまでのさまざまな病状の開始および進行にも役割を果たします。 しかし、既存の特性評価方法の限界により、生物組織に関する利用可能な機械的データはまばらです。 たとえば、現在、生物組織の引張特性は主に原子間力顕微鏡を使用して評価できます。

この研究では、ロザリアとチームは引張試験装置の設計と開発を紹介し、最初に既知の機械的特性を持つ合成エラストマーを使用し、続いてマウスの食道とその構成層の生体力学的な特徴付けを行うことにより、従来の試験方法に対するその性能を検証しました。新しく開発されたデバイスの性能を理解し、研究室で確立された手法の信頼性を判断します。

研究者らは、提案された機器を使用して、その生体力学的特性をミリメートルスケールでテストしました。 パラメータは、診療所で日常的に生検されるヒト組織サンプルの平均サイズ、および生物医学で使用されるマウス胎児および成体組織に対応しました。 チームは、提案された機器のアーキテクチャを、サンプルの取り扱い、力の適用、変形の測定などの用途に応じて 3 つのセクションに分割しました。