Mesoskaalan uimareista lääkerobotteja kehon sisään

Fysiikassa “mesoskaala” sijoittuu mikroskooppisen ja makroskooppisen maailman väliin. Sitä asuttavat esimerkiksi pienet toukat, katkaravut ja meduusat. Mesoskaala kiinnostaa fyysikoita, koska siellä makroskooppinen kitkavoima kohtaa mikroskooppisen, nesteen sisäisen kitkan eli viskositeetin tavalla, joka vaatii kokonaan uudenlaisia yhtälöitä sen selittämiseen.

Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat selvittäneet miten eliöt uivat mesoskaalan kitkan ja viskositeetin välimaastossa

Apulaisprofessori Matilda Backholmin johtama tutkimusryhmä sai selville, että mesoskaalan uimarista ei tule nopeampaa vain liikkumalla nopeammin tai kasvamalla suuremmaksi. Sen sijaan ratkaisevaa on niin sanottu aikasymmetrian rikkominen eli liikkeen epäsymmetrisyys ajassa.

Löytö paikkaa aukkoa mesoskaalan voimien ymmärryksessä, mutta se voi myös mahdollistaa potilaan kehon sisään tunkeutuvat “mesorobotit”. Lääketieteessä niitä voitaisiin käyttää esimerkiksi lääkkeiden annosteluun tai erilaisiin leikkauksiin

Tutkimuksessa tarkasteltiin Artemia-äyriäisiä, noin 400–1 500 mikrometrin kokoisia “mesoeliöitä”. Tarkoitus oli mitata näiden alkeellisten äyriäisten uimisliikkeeseen vaikuttavia fysikaalisia voimia

Tutkijat havaitsivat, että antennin piirtämä kahdeksikko lisäsi Artemian liikkumiseen vapautta, ja osoitti samalla, että eliö rikkoo omaa aikasymmetriaansa, joka on mikroskooppista liikettä kuvaava fysiikan käsite.

Mesoskaalassa Artemian ei tarvitse rikkoa aikakäännössymmetriaa uidakseen, mutta ne näyttävät tekevän niin joka tapauksessa tuntosarviensa avulla.

”Havaitsimme, että jos Artemiat rikkovat aikakäännössymmetriaa useammin, ne myös uivat paremmin ja niillä on suurempi työntövoima. Tätä kukaan ei ole aiemmin pystynyt mittaamaan suoraan elävältä organismilta”, Nagaraja lisää.

Mesoskaalan uintifysiikan tuntemus voisi auttaa insinöörejä rakentamaan ja ohjelmoimaan sitä, mitä Backholm kutsuu mesoroboteiksi käytettäväksi esimerkiksi lääketieteen aloilla.

“Tarkoitus on että nämä robotit voisivat annostella lääkkeitä suoraan ihmiskehon sisällä; esimerkiksi viemällä lääkkeen suoraan syöpäkasvaimeen sen sijaan, että se vaikuttaa koko kehoon. Mesorobotit voisivat myös kuljettaa kerralla suurempia lääkemääriä kuin mikroskooppiset robotit”, Backholm sanoo

”Luonto on jo keksinyt tämän: miljoonien vuosien evoluution kautta eliöistä on kehittynyt tehokkaimpia uimareita. Vasta nyt insinöörit alkavat ymmärtää asiaa syvällisemmin toteaa Backholm yliopistonsa tiedotteessa.”

Aiheesta aiemmin:

Verenkierrossa kulkevaa elektroniikkaa