مهندسی بافت ( قسمت چهارم )

در قسمت سوم این مجموعه اجزای اصلی مهندسی بافت را از نظر گذراندیم. همان طور که در قسمت پیش گفته شد، داربست یا اسکفلد از مهمترین اجزا است و خود این جزء شامل همکاری گسترده ی علوم مختلف از جمله بیومتریال، مهندسی پزشکی، بیو و نانو تکنولوژی، مهندسی پلیمر و ... می باشد. بنابراین در این بخش به طور مجزا به اسکفولدها می پردازیم.

داربست های مهندسی بافت بسیار مهم می باشند و نقش ماتریکس خارج سلولی یا ECM (Extra Cellular Matrix) را ایفا می نمایند و می توانند دارای حالت های مختلف مثلاَ پلی ساکاریدی پروتئینی باشند. انواع پروتئینی آن می تواند به صورت کلاژن به تنهایی و یا به همراه مولکول هایی مثل گلوکوآمینو گلیکان ها باشند. همچنین می توان از ساختارهای ژلاتینی یا کلاژن دناتوره شده و حتی از الاستین لامینین  و فیبرونکتین استفاده نمود. اسکافولدها در حقیقت تقلیدی از ماتریکس خارج سلولی هستند.

دانشمندان جهت بررسی ماتریکس خارج سلول، از ساب موکوز روده کوچک استفاده نموده اند زیرا ماتریکس خارج سلول این بخش برای مطالعه مناسب می باشد و ذاتاً دارای کلاژن گلیکوزآمینو گلیکان و گروزفاکتورها هستند و بر روی این بخش ها می توان کشت سلولی را انجام داد. می توان از سایر ماتریکس¬ها نیز استفاده نمود مثلاً از ماتریکس دریچه قلب خوک هندی و یا پوست انسان...

در شکل توزیع و اجزای ماتریکس خارج سلولی را مشاهده می کنید:

1- دارای قدرت ساختمانی می باشد.

2- دارای تخلخل فراوان باشد.

3- داراری مناطق سطحی فراوان باشد که تزیع یکسانی داشته باشد.

4- دارای سوراخ هایی برای ارتباطات داخلی (Inter connected) باشد.

5- قابل پردازش برای شکل گیری مناسب باشد.

6- قابلیت تجزیه بیولوژیکی را داشته باشد.

7- قابل استریل شدن داشته باشد.

8- رشد سلولی را افزایش دهد

9- محافظت کننده از انواع متفاوت عملکردهای سلولی باشد.

1- شامل پلیمرهای کلاژن-گلیکوزآمین گلیکان (GAG) کلاژن دناتوره شده (ژلاتینی)

2- Sillk (ابریشم) تار عنکبوت-تارهای مهندسی شده

3- پلی ساکاریدها شامل آلژینات-کیتوزان-هیالورونات

فرآورده ماتریکس خارج سلول

شامل:

1- SIS (Small Intestinal Sub ucosa) که شامل کلاژن نوع I‏، گلیکوزآمینو گلیکان و فاکتورهای رشد است.

2- ساب موکوس مثانه

3- دریچه های قلبی خوک

4- پوست انسان

می باشند.

پلیمرهای سنتزی انواعی از پلیمرهای سنتزی هم موجود می باشند. اصلی¬ترین آنها پلی استرهای خطی، پلی هیدروکسی بوتیرات و ...  هستند.

مواد غیرآلی

از این مواد نیز استفاده های فراوانی می شود. برای مثل شیشه های زیست - فعال دارای خلل و فرج میباشند. از این نوع بیشتر در نانوکامپوزیت ها استفاده می شود.

از این گونه مواد در ساختار اسکافولدها استفاده می شود. هیدروژل های قابل تزریق فاقد ساختار جامد می باشند و به صورت ژل می باشند. ایراد مواد قبل این بود که برای جایگزین نمودن این ساختارهای سلول دار شده به بدن، حتماً نیاز به انجام عمل جراحی می باشد. اما در مورد ژل ها می توانیم بدون عمل جراحی از آنها استفاده نمائیم زیرا می توان آنها را تزریق نمود. برای منظور باید این هیدرو ژل را از مکان مناسب تزریق نمود و محل نقص دار را پر نمود و به تدریج نقص موجود اصلاح می شود.

البته در حال حاضر روی این گونه مواد، به خصوص در زمینه ی مهندسی بافت هایی مثل استخوان و غضروف و مواد مختلفی مثل PEG، دی آکریل آمید، آلژینات و غیره، کارهای زیادی در حال انجام است.

کاملترین حالت برای اسکفولد این است که سلول دار شود. سپس اسکفولد سلول دار شده باید وارد بدن شود. اما گاهی اوقات این کار به این نحو صورت نمی¬پذیرد از جمله اینکه:

1. اسکفولد را به صورت خالی وارد بدن می نمایند. به علت اینکه داربست از جهت ساختار و ابعاد و جهت گیری به نحوی ساخته شده است تا با بافت آسیب دیده کاملاً هماهنگ باشد. در این حالت کار داربست القا و اتصال بافت می باشد.

2. گاهی پیوند سلولی یا cell transplantation انجام میگیرد.

3. پیش رگزایی یا Prevascularization: گاهی هدف رگ زایی می باشد. در این موارد اولویت رگ زایی و سپس سلول دار شدن است.

4. پلیمریزاسیون درجایگاه (Insito polymerization): گاهی نیز هدف پلیمریزاسیون درجا می¬باشد.

5. انتقال و رساندن مولکول های زیست فعال: هدف در این روش نقل و انتقال مولکول¬ها زیست فعال مثل DNA، سایتوکین ها، فاکتورهای رشد، آنتی بیوتیک ها و مواد ضد التهاب می باشد.

تکنیک های متعدد و متنوعی در ساخت اسکفولدها مورد استفاده قرار می گیرد که در اینجا اشاره ای گذرا به آنها می کنیم.

 تکنیک الکترو اسپینینگ

از جمله تکنیک های متداول، تکنیک الکترو اسپینینگ می باشد که کاربرد فراوان دارد و در آن از تکنیک های فناوری نانو در ساخت اسکفولدها استفاده می شود.

سایر تکنیک ها که جدیدتر هستند وابسته به شبیه سازی های کامپیوتری هستند یعنی به کمک کامپیوتر جهت گیری های بافتی را توسط اسکن های دقیق مورد بررسی قرار می دهند، سپس با روش 3D printings (پرینت 3 بعدی) لایه های مختلف پلیمر را روی هم می چینند با در نهایت شکل و ساختار مناسب ایجاد شود.

خوشبختانه پتنت ساخت این دستگاه برای کشور ایران نیز اخذ شده است و متخصصان مهندس پزشکی ایران نیز در داخل کشور این دستگاه را ساخته اند و با این روش اسکفولدهایی تهیه شده است.

مکانیسم کار دستگاه الکترواسپینینگ به این نحو است که از یک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا استفاده می شود. همچنین دارای محفظه ای می باشیم که در آن محلول پلیمری سازنده ی اسکفولد ریخته شده است. این ماده تحت میدان الکتریکی با ولتاژ بالا همانند الیاف ریشه¬ای پراکنده شده و رشته هایی در ابعاد نانو از آن ایجاد می شود. زیرا انرژی الکتریکی به کشش سطحی مایع پلیمری غلبه می¬نماید و به جای اینکه حاصل به صورت افشانه ای از قطره ها باشد، به صورت رشته ای خواهد بود. به مرور حلال تبخیر می¬شود و نهابتاً محصول یا نانوفیبرها از کالکتور قابل جمع آوری هستند.

در این روش یک نمونه به سرعت ساخته می شود و طراحی مبتنی بر مدل سازی کامپیوتری می باشد. ساختارها روی هم چیده می شود در نتیجه ساختارهای 3 بعی منظمی ایجاد می شود. برای این کار از پرینت 3 بعدی استفاده می شود. به این منظور  یک لایه پلیمری را روی یک قالب مناسب که دارای شکل مناسبی است می پاشند. یک غلطک وجود دارد که بر روی قالب حرکت می کند. با حرکت این غلطک، قطعاتی از پلیمر با اشکالی منظم ایجاد می شود و لایه لایه این حالت تکرار می شود تا لایه های اسکفولد ساخته شود.

سمانه سادات عنایتی

بخش دانش و زندگی تبیان

منابع:

Audrey Frenot, IoannisS. Chronakis. Polymer nanofibers assembled by electrospinning. Current Opinion in Colloid and Interface Science 8 (2003) 64–75.

Kristi S. Anseth, et al, In situ forming degradable networks and their application in tissue engineering and drug delivery. Controlled Release 78 (2002) 199 –209.

Kytai Truong Nguyen, Jennifer L. West. Photopolymerizable hydrogels for tissue engineering applications. Biomaterials 23 (2002) 4307–4314.

3. Vacanti JP, Langer R. Tissue engineering: the design and fabrication of living replacement devices for surgical reconstruction and transplantation. Lancet 1999;354:S132 – 4