ساخت داربست زیستی نوین برای ترمیم استخوان در دانشگاه تهران
دانشمندان دانشگاه تهران موفق به طراحی داربست‌های زیستی جدیدی شدند که می‌تواند به ترمیم آسیب‌های استخوانی کمک کند. این نوآوری می‌تواند به بهبود درمان‌های پزشکی و افزایش کیفیت زندگی بیماران مبتلا به...
به گزارش پایگاه خبری پژوهندگان عصر، محققان دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان‌رشته‌ای دانشگاه تهران، موفق به طراحی و ساخت داربست‌های زیستی نوینی برای ترمیم آسیب‌های استخوانی شدند. این داربست‌ها با استفاده از فناوری‌های کربنی سنتز سبز و چاپ سه‌بعدی، گامی در جهت پزشکی ترمیمی شخصی‌سازی شده به شمار می‌روند. این پژوهش تحت سرپرستی مهدی رهایی جهرمی، عضو هیئت علمی این دانشکده انجام شده و به توسعه نسل جدیدی از داربست‌های هوشمند می‌پردازد که در آن، انرژی‌های کربنی به‌عنوان کلیدی برای مهندسی بافت‌های شخصی و پاسخ‌های سلولی عمل می‌کنند.
رهایی جهرمی در خصوص این پژوهش اظهار داشت: با توجه به افزایش جمعیت سالمند و آسیب‌های اسکلتی-عضلانی، نیاز به روش‌های نوین و کارآمد برای ترمیم نقایص استخوانی بیش از پیش احساس می‌شود. روش‌های سنتی ترمیم استخوان با محدودیت‌هایی مواجه هستند و این پروژه با طراحی و ساخت داربست‌های زیستی مبتنی بر پلی‌کاپرولاکتون (PCL) و نقاط کربنی (CD) به روش چاپ سه‌بعدی، به دنبال رفع یکی از چالش‌های اساسی در این حوزه است.
وی افزود: پلی‌کاپرولاکتون به دلیل ویژگی‌های آب‌گریز و زیست‌خنثی خود، محدودیت‌هایی در تعامل با سلول‌ها دارد. در این تحقیق، پژوهشگران با الهام از محیط‌های پایدار و دوستدار محیط زیست، کربنی را از دانه‌های سیاه‌دانه با استفاده از روش هیدروترمال یک‌مرحله‌ای سنتز کردند. این نانوذرات دارای اندازه نانومتری، گروه‌های عاملی طعم‌دار، فلورسانس پایدار و قابلیت پخش عالی هستند که با ماتریس بسپاری مناسب ترکیب می‌شوند.
نقاط کربنی از طریق روش اختلاط مذاب به ماتریس پلی‌کاپرولاکتون اضافه شدند و سپس داربست‌های کامپوزیتی با استفاده از چاپگر سه‌بعدی اکستروژن مذاب تولید شدند. این روش ساخت افزایشی، امکان طراحی هندسه‌های پیچیده و تخلخل‌های کنترل‌شده را فراهم می‌آورد که برای نفوذ سلولی و انتقال مواد مغذی ضروری است.
یکی از اعضای هیئت علمی مهندسی علوم زیستی در این دانشکده در ادامه توضیحات خود درباره نتایج این تحقیق گفت: نتایج نشان داد که افزودن مواد کربنی تغییرات قابل‌توجهی در ریخت‌شناسی و خواص سطح داربست ایجاد می‌کند. با افزایش قطر رشته‌ها، اندازه ماکروحفره‌ها کاهش یافته و ریزتخل‌های سطحی به‌وضوح بر روی سطح داربست شکل گرفت. همچنین سطح زبری به میزان قابل‌توجهی افزایش یافته و زاویه آب کاهش پیدا کرده که نشان‌دهنده بهبود سطح آب‌دوستی به واسطه حضور گروه‌های عاملی قطبی کربنی است. این تغییرات، شرایط را برای جذب سطوح ماتریکس خارج سلولی و در نتیجه چسبندگی و گسترش سلولی فراهم می‌آورد.
وی افزود: ارزیابی مکانیکی داربست‌ها نشان داد که این داربست‌ها دارای ظرفیت کربنی هستند که باعث کاهش فشار می‌شود، اما در شرایط پایین، استحکام فشاری همچنان در محدوده قابل قبول برای استفاده‌های تحمل‌بار نسبی مانند ترمیم نقایص جمجمه، فک و مهره‌ها قرار دارد. به عبارت دیگر، با تغییر مواد کربنی، یک رابطه معاوضه‌ای قابل تنظیم بین خواص مکانیکی و زیست‌فعالی ایجاد می‌شود که امکان طراحی داربست با کاربرد بالینی را فراهم می‌کند.
ارزیابی‌های زیستی بر روی سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از بافت انسان نشان می‌دهد که بخشی از سلول‌های کربنی به‌طور مؤثری چسبندگی، تکثیر و تراکم سلولی را بهبود می‌بخشند. تصاویر میکروسکوپ فلورسانس، تولید یکنواخت سلول‌ها را در عمق داربست ارزیابی کرده و نشان‌دهنده نفوذپذیری عالی و زیست‌سازگاری مناسب داربست‌های کامپوزیتی است. این یافته‌ها نشان می‌دهند که کربنی‌های سنتز سبز، نه‌تنها به‌عنوان عامل‌کننده‌های بی‌اثر عمل نمی‌کنند، بلکه به‌عنوان عوامل فعال زیستی، محیط مساعدی برای فعالیت‌های سلولی ایجاد می‌کنند.
وی در پایان گفت: دستاورد مهم این پژوهش، ارائه پیشنهادی نوین برای تنظیم مواد کربنی به‌عنوان یک طراحی کلیدی است که می‌تواند شخصی‌سازی داربست‌ها را برای استفاده در کاربردهای بالینی، از ترمیم نقایص استخوانی تا مهندسی بافت نرم، تسهیل کند. این یکپارچه، زمینه را برای توسعه داربست‌های هوشمند نسل آینده فراهم می‌آورد که با تغییر ساده یک نانوپرکننده، پاسخ‌های سلولی متفاوت و مناسب با نیاز بیمار را القا می‌کنند.
گفتنی است، این یافته‌ها برگرفته از پایان‌نامه دکترای فاطمه مساح، دانش‌آموخته رشته نانوبیوتکنولوژی دانشگاه تهران، با راهنمایی مهدی رهایی جهرمی و الهه اسماعیلی از مرکز تحقیقات فناوری بن یاخته و مشاوره علی حسین رضایان به انجام رسیده است. نتایج این پژوهش در مجله پلیمرها و محیط زیست منتشر شده است. برای دسترسی به نتایج این پژوهش اینجا کلیک کنید.