به گزارش خبرگزاری ایمنا، وقتی بخشی از استخوان بر اثر تصادف، تومور یا پوکی استخوان از بین میرود، بدن همیشه توان بازسازی آن را ندارد. راهحل مرسوم، برداشتن استخوان از نقطهای دیگر از بدن بیمار یا استفاده از استخوان اهدایی است؛ روشی که هم دردناک است، هم با کمبود بافت دهنده و خطر عفونت و پسزدن روبهرو میشود. با بالا رفتن میانگین سنی جمعیت و افزایش آسیبهای اسکلتی-عضلانی، فشار بر این روشهای سنتی بیشتر شده است. به همین دلیل، دانشمندان سراغ مسیر تازهای به نام مهندسی بافت رفتهاند: ساختن یک اسکلت مصنوعی که موقتاً جای استخوان از دسترفته را بگیرد و سلولهای خود بیمار، روی آن استخوان تازه بسازند و در نهایت جایگزین آن شوند.
این اسکلت مصنوعی همان چیزی است که به آن «داربست» میگویند؛ درست مثل داربستی که دور ساختمان نیمهکاره میبندند تا بنا بالا برود. پژوهشگران دانشکدگان علوم و فناوریهای میانرشتهای دانشگاه تهران این داربست را با چاپگر سهبعدی میسازند و ماده اصلی آن، پلیمری به نام پلیکاپرولاکتون است که سازمان غذا و داروی آمریکا مصرف پزشکیاش را تأیید کرده و بهمرور در بدن جذب میشود. اما این پلیمر یک ایراد بزرگ دارد؛ سطح آن آبگریز و بیتفاوت است و سلولها رغبتی به چسبیدن و رشد روی آن نشان نمیدهند. حل همین مشکل، هدف اصلی این پژوهش بوده است.
راهحل پژوهشگران، جایی غیرمنتظره پیدا شد: دانه سیاهدانه. آنها با یک روش ساده و سازگار با محیط زیست به نام هیدروترمال، این دانه گیاهی را به ذرات بسیار ریزی به اندازه چند میلیاردم متر تبدیل کردند که «نقاط کربنی» نام دارد. این ذرات در آب بهخوبی پخش میشوند، از خود نور فلورسانس پایدار ساطع میکنند و مهمتر از همه، سطحشان پر از گروههای شیمیایی آبدوست است. نقاط کربنی با غلظتهای متفاوت به پلیمر مذاب اضافه و سپس با چاپگر سهبعدی اکستروژن مذاب، لایهلایه به داربست تبدیل شد؛ روشی که امکان میدهد شکل هندسی و میزان تخلخل داربست دقیقاً مطابق نیاز بیمار طراحی شود.
نتایج نشان داد هرچه غلظت این ذرات بالاتر میرود، سطح داربست زبرتر، متخلخلتر و آبدوستتر میشود؛ یعنی به طور دقیق همان شرایطی که سلولها برای چسبیدن و رشد به آن نیاز دارند. آزمایش روی سلولهای بنیادی گرفتهشده از بافت چربی انسان تأیید کرد که با افزایش غلظت، چسبندگی، تکثیر و تراکم سلولها بهشکل محسوسی بهتر میشود و تصاویر میکروسکوپی نشان داد سلولها نه فقط روی سطح، بلکه در عمق داربست هم بهطور یکنواخت نفوذ کردهاند. در مقابل، غلظت بالاتر استحکام فشاری داربست را کمی کاهش میدهد؛ بنابراین در غلظتهای پایینتر، داربست همچنان برای نقاطی مثل جمجمه، فک و مهرهها که فشار متوسطی تحمل میکنند مناسب است.
نکته کلیدی همینجاست؛ با کم و زیاد کردن غلظت نقاط کربنی میتوان تعادل میان «استحکام» و «فعالیت زیستی» را تنظیم کرد. یعنی از یک ماده واحد، طیفی از داربستها به دست میآید: نسخه محکمتر برای ترمیم استخوان و نسخه نرمتر و زیستفعالتر برای بافتهای نرم. این همان مفهومی است که به آن پزشکی ترمیمی شخصیسازیشده میگویند؛ درمانی که بهجای نسخه واحد، متناسب با محل آسیب و شرایط هر بیمار ساخته میشود.
دستاورد تازه ایران در پزشکی ترمیمی شخصیسازیشده برای استخوانها
مهدی رهایی جهرمی، عضو هیئت علمی دانشکدگان علوم و فناوریهای میانرشتهای دانشگاه تهران، در گفتوگو با خبرنگار ایمنا اظهار کرد: با رشد روزافزون جمعیت سالمند و افزایش شیوع آسیبهای اسکلتی-عضلانی، نیاز به روشهای نوین و کارآمد برای ترمیم نقایص استخوانی بیش از پیش احساس میشود. روشهای سنتی مانند پیوند استخوان با محدودیتهایی نظیر کمبود بافت دهنده و عوارض جراحی روبهرو هستند و همین موضوع، مهندسی بافت استخوان را به راهبردی حیاتی تبدیل کرده است. در این راستا، طراحی و ساخت داربستهای زیستی مبتنی بر پلیکاپرولاکتون و نقاط کربنی به روش چاپ سهبعدی، گامی مؤثر در جهت رفع یکی از چالشهای اساسی این حوزه به شمار میرود که سالها پیشروی پژوهشگران بوده است.
وی افزود: پلیکاپرولاکتون با وجود فرایندپذیری مناسب در چاپ سهبعدی و تأییدیه سازمان غذا و داروی آمریکا برای کاربردهای پزشکی، به دلیل ماهیت آبگریز و زیستخنثی، تعامل مطلوب با سلولها را محدود میکند. در این پژوهش با الهام از رویکردهای پایدار و دوستدار محیط زیست، نقاط کربنی با روش هیدروترمال یکمرحلهای از دانه سیاهدانه سنتز شد. این نانوذرات ابعاد نانومتری، گروههای عاملی اکسیژندار، فلورسانس پایدار و پخششوندگی عالی در آب دارند و برای ترکیب با ماتریس بسپاری مناسب هستند.
عضو هیئت علمی دانشکدگان علوم و فناوریهای میانرشتهای دانشگاه تهران گفت: نقاط کربنی در غلظتهای مختلف از طریق اختلاط مذاب به ماتریس افزوده و سپس داربستهای کامپوزیتی با چاپگر سهبعدی اکستروژن مذاب ساخته شدند؛ روشی که امکان طراحی هندسههای پیچیده و تخلخل کنترلشده را برای نفوذ سلولی، انتقال مواد مغذی و عروقزایی فراهم میآورد. افزودن نقاط کربنی بهصورت وابسته به غلظت، تغییرات قابلتوجهی در ریختشناسی و خواص سطحی داربست ایجاد میکند؛ با افزایش غلظت، قطر رشتهها بیشتر، اندازه ماکروحفرهها کمتر و ریزتخلخلهای سطحی بهوضوح تشکیل شد.
رهایی جهرمی عنوان کرد: زبری سطح به میزان چشمگیری افزایش و زاویه تماس آب کاهش یافت که نشاندهنده بهبود آبدوستی سطح به واسطه گروههای عاملی قطبی است. ارزیابی مکانیکی نیز نشان داد اگرچه غلظت بالاتر استحکام فشاری را کاهش میدهد، در غلظتهای پایین این استحکام همچنان برای کاربردهای تحملبار نسبی مانند ترمیم نقایص جمجمه، فک و مهرهها قابل قبول است و رابطهای معاوضهای و قابل تنظیم میان خواص مکانیکی و زیستفعالی شکل میگیرد.
وی تصریح کرد: ارزیابیهای زیستی روی سلولهای بنیادی مزانشیمی مشتق از بافت چربی انسان نشان داد افزایش غلظت نقاط کربنی بهصورت خطی، چسبندگی، تکثیر و تراکم سلولی را بهبود میبخشد و تصاویر میکروسکوپ فلورسانس نیز توزیع یکنواخت سلولها را در عمق داربست تأیید کرد. این یافتهها نشان میدهد نقاط کربنی سنتز سبز صرفاً پرکنندهای بیاثر نیستند، بلکه بهعنوان عوامل فعال زیستی ریزمحیطی مساعد برای فعالیت سلولی میسازند.
عضو هیئت علمی دانشکدگان علوم و فناوریهای میانرشتهای دانشگاه تهران خاطرنشان کرد: دستاورد مهم این پژوهش، ارائه چارچوبی نوین مبتنی بر تنظیم غلظت نقاط کربنی بهعنوان پارامتر کلیدی طراحی است که شخصیسازی داربستها را برای طیف گستردهای از کاربردهای بالینی، از ترمیم نقایص استخوانی تا مهندسی بافت نرم، از یک بستر مواد واحد ممکن میکند. نتایج این یافتهها در مجله Journal of Polymers and the Environment منتشر شده است.
گفتنی است، فاصله میان یک یافته آزمایشگاهی تا تخت بیمارستان همیشه طولانی است؛ داربستهای ساختهشده در دانشگاه تهران هنوز باید مسیر آزمونهای حیوانی، بررسیهای ایمنی بلندمدت و مجوزهای بالینی را طی کنند تا به اتاق عمل برسد، اما اهمیت این پژوهش تنها در محصول نهایی نیست؛ در نشان دادن این نکته است که با یک ماده گیاهی در دسترس و یک روش ساده و سازگار با محیط زیست، میتوان رفتار سلولهای انسانی را هدایت کرد. اگر این مسیر ادامه یابد، روزی میرسد که برای ترمیم یک نقص استخوانی، دیگر لازم نباشد بخشی از بدن بیمار برداشته شود؛ کافی است تصویر محل آسیب به چاپگر سپرده شود تا داربستی به شکل و اندازه و به تناسب نیاز همان بیمار ساخته شود، آینده پزشکی ترمیمی از همین آزمایشگاهها آغاز میشود.
نظر شما