דמיינו שיכולתם להצמיד כל דבר לעור שלכם מבלי להזדקק לדבק – ביו-חיישן, שעון, התקן תקשורת, אביזר אופנה – האפשרויות בלתי נדלות. זה בדיוק מה שהצליחו לספק לנו חוקרים בתחום
[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]
התגלית הזו מבוססת על מחקר של מדענים מאוניברסיטת בינגהמטון ואוניברסיטת המדינה של ניו-יורק, מחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעיActa Biomaterialia . המחקר מסביר מדוע העור האנושי שולט באופן ההיווצרות של סדקים בעור ומדוע מכשירי מדידה מסוג מַדי הִתְאָרְכוּת (tensometers) מספקים תוצאות בלתי מדויקות בזמן מדידת התכונות המכאניות של רקמות ביולוגיות. תוך כדי המחקר, המדענים גם פיתחו שיטה להצמדת חומרים פולימריים דמויי גומי לעור האנושי ללא צורך בדבק. השיטה, ששימשה במקור להפוך את הניסויים לפשוטים יותר, הפכה בעצמה לתגלית משמעותית. בקשה לפטנט שנועדה להגן על הקניין הרוחני של השיטה החדשנית כבר הוגשה, והחוקרים טוענים כי היא תוכל להוליד פריצת דרך בתחום הביוטק. “לא ידעתי שנגיע לממצא הזה, אולם לעיתים קרובות זו הדרך בה המדע פועל”, אומר החוקר הראשי. “בתחילת הדרך חשבנו לעצמנו אם נוכל להשתמש בשיטות מדידה רגילות לשם בחינת התכונות המכאניות של רקמות, במיוחד רקמת עור, והאם התוצאות אכן מהימנות”, אמר החוקר הראשי. “אף אחד מעולם לא אימת את המדידות הללו באשר לרקמת עור”.
‘חוק הוק’, שפותח על ידי הפיזיקאי הבריטי רוברט הוק בן המאה השבע-עשרה, קובע כי: “כוח הפועל על קפיץ גורם לתזוזה יחסית לכוח ויחסית לקבוע הקפיץ”. באופן רחב יותר, חוקרים משתמשים בחוק זה על מנת למדוד את הקשיות (stiffness, אֲשִׁינוּת) של חומרים שונים, וכן את כמות האנרגיה הנדרשת על מנת לגרום לשבירתם. מסביר החוקר הראשי: “הרהרתי בכך שבעת החדשה ניתן למדוד את קשיותה של מתכת ושל חומרים קרמיים. אולם, מה לגבי מדידת הקשיות של עור? למתכות ולחומרים קרמיים יש הרכב שהוא אחיד ברובו, אולם לעור ולרקמות אנושיות אחרות יש מבנה מורכב והטרוגני הכולל תאים מיקרוניים המחוברים יחדיו על ידי צמתים של תא-תא. גם לשכבה החיצונית של העור יש מבנה מורכב הכולל מיקרו-תעלות”.
שימוש במיקרו תעלות בעור
החוקרים חיברו את דגימות העור לפיסה של פולידימתילסילוקסאן (Polydimethylsiloxane, PDMS), חומר פולימרי דמוי גומי המשמש בעיקר בהתקנים מתחומי הביו-הנדסה והביו-רפואה. לאחר מכן, החוקרים מתחו את דגימות העור ביחד עם החומר שעליו. בשלב הבא, החוקרים השתמשו במיקרוסקופ על מנת לכמת את השינויים בעומס המכאני שיכול היה העור לשאת על עצמו. “בזמן שהעור מתארך, אמור להיווצר בו סדק קטן, ואנו יכולים למדוד את כמות האנרגיה הנדרשת לשם כך כתלות באורך מסוים”, מסביר החוקר הראשי. “באופן רגיל, לשם מדידת כמות האנרגיה הנדרשת ליצור סדק בתחום של הנדסה מכאנית, כל מה שעליך לעשות זה להניח את החומר בין שני מאחזים, למשוך אותם וליצור סדק. בכך ניתן למדוד את הכוח ואת מידת ההתארכות ולמעשה את כמות האנרגיה הנדרשת. אולם, שיטה זו מניחה כי החומר הנמדד הוא אחיד – כלומר, ההרכב קבוע בכל חלקיו של החומר. אולם, אנו מצאנו כי הסדקים שנוצרו על גבי השכבה החיצונית של העור נוצרים באופן מאוד, מאוד מוזר”. הסדקים נוצרו לאורך המיקרו-תעלות ונמשכו לכל אורכו של הסדק, ובכך גדלה האנרגיה הנדרשת לשבירת הרקמה. את התגלית הזו ניתן להרחיב על מנת להסביר את ההתנהגות של רקמות אנושיות אחרות.
“בשל המבנה ההטרוגני של העור, הדבר משמעותו גם שמסלול ההיסדקות הופך להיות אקראי הרבה יותר. זו הסיבה שהחוקרים קיבלו שונות רבה בתוצאות המדידות שנערכו עד היום בעור”, מסביר החוקר הראשי. “גם אם תיקח את דגימת העור מאותו מקור בדיוק ובאותו גיל, תקבל שונות כה גבוהה בין דגימה לדגימה מאחר ומסלולי ההיסדקות שונים”.
עוד בנושא באתר הידען:
