گفت‌وگوی الکتریکی با سلول‌ها روی بستر فوم گرافن

پژوهشگران دانشگاه ایالتی بویزی (Boise State University) موفق به توسعه‌ یک پلتفرم نوآورانه شده‌اند که امکان «گفت‌وگوی الکتریکی» با سلول‌ها را فراهم می‌کند و آن‌ها را به‌سوی تشکیل بافت غضروفی هدایت می‌کند. در این پژوهش، از ساختاری سه‌بعدی، زیست‌سازگار و رسانا از کربن موسوم به «فوم گرافن» استفاده شده‌است.

کد خبر: ۸۱۲۴۰۵

تاریخ: ۲۶ خرداد ۱۴۰۴ - ۱۰:۲۱

به گزارش ایران اکونومیست، نتایج این مطالعه، روی جلد مجله‌ Applied Materials & Interfaces وابسته به انجمن شیمی آمریکا (ACS) منتشر شده‌است.

این فناوری با هدف توسعه روش‌هایی در مهندسی بافت طراحی شده‌است تا به درمان مؤثر بیماری آرتروز کمک کند؛ بیماری‌ای که از تحلیل برگشت‌ناپذیر غضروف هیالین در مفاصل ناشی می‌شود و یکی از دلایل اصلی درد مزمن و ناتوانی حرکتی در سراسر جهان به‌شمار می‌رود. در شرایط پیشرفته، تعویض کامل مفصل تنها راه درمانی موجود است. اما پژوهشگران در این مطالعه تلاش کرده‌اند راهی برای بازسازی غضروف در محیط آزمایشگاهی بیابند.

برای انجام این پژوهش، محققان بیوراکتورهایی ویژه طراحی کردند و با فناوری چاپ سه‌بعدی ساختند که امکان ارسال تحریکات الکتریکی کوتاه‌مدت و روزانه به سلول‌های کشت‌شده روی بستر فوم گرافن سه‌بعدی را فراهم می‌کند. نتایج نشان داد که تحریک الکتریکی مستقیم سلول‌های ATDC۵ که روی این داربست رشد یافته‌اند، منجر به بهبود چشمگیر خواص مکانیکی و رشد سلولی می‌شود؛ دو معیار کلیدی برای دستیابی به غضروف مصنوعی با کیفیت. سلول‌های ATDC۵ یک رده سلولی پیش‌ساز غضروفی از منشأ موش هستند که به‌طور گسترده به‌عنوان مدل آزمایشگاهی در مهندسی بافت غضروف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

افزون بر این، طراحی خاص بیوراکتور، امکان غوطه‌وری کامل داربست فوم گرافن را در محیط کشت فراهم کرده‌است. این ویژگی منجر به اتصال بهتر سلول‌ها به ساختار داربست و یکپارچگی بیشتر آن‌ها در فضاهای متخلخل فوم شده‌است؛ دستاوردی که مسیر را برای ساخت بافت‌های مهندسی‌شده‌ پیشرفته هموار می‌کند.

دکتر مونت ساویر (Mone’t Sawyer)، نویسنده‌ اصلی مقاله، می‌گوید: یکی از چالش‌های عمده در کاربرد تحریک الکتریکی برای سلول‌های بنیادی، دستیابی به تحریک‌های قابل‌تکرار و هم‌زمان نظارت بر محیط الکتریکی و ارتباط دادن آن با پاسخ‌های سلولی مشخص است. سیستم ما یک پلتفرم مقیاس‌پذیر و ماژولار ارائه می‌دهد که تحریک الکتریکی داربست‌محور را با کنترل دقیق ممکن می‌کند و افق‌های جدیدی را برای بررسی تأثیر سیگنال‌های الکتریکی بر فرایند شکل‌گیری بافت باز می‌کند.

استاد دیوید استرادا (David Estrada) از مدرسه مهندسی مواد مایکرون می‌گوید: کار مونت، بینش‌های بنیادی جدیدی درباره‌ نقش مواد و سیگنال‌های الکتریکی در ارتباط با سلول‌های بنیادی ارائه داده‌است. من معتقدم این پژوهش زمینه‌ساز درک عمیق‌تری از مفهوم “الکتروبایوم انسان” است؛ یعنی نقشی که بار و جریان الکتریکی در مقیاس‌های مختلف بر سرنوشت سلول‌ها و عملکرد نهایی بافت‌ها دارد.

بیماری آرتروز یا استئوآرتریت، یکی از اصلی‌ترین علل ناتوانی و درد در جهان است که هم‌اکنون بیش از ۵۹۵ میلیون نفر را تحت‌تأثیر قرار داده‌است؛ این رقم بیش از دو برابر تعداد مبتلایان در سال ۱۹۹۰ است. بار اقتصادی ناشی از این بیماری بیش از ۴۶۰ میلیارد دلار در سال برآورد می‌شود که شامل هزینه‌های مراقبت درمانی، کاهش بهره‌وری و ناتوانی است. در ایالات متحده، هزینه مستقیم و غیرمستقیم آرتروز سالانه به بیش از ۶۵ میلیارد دلار می‌رسد و هر سال بیش از یک میلیون جراحی تعویض مفصل انجام می‌شود.

به نقل از ستاد نانو، این پروژه با حمایت «بنیاد ملی علوم» (NSF) آمریکا، از طریق جایزه CAREER به شماره ۱۸۴۸۵۱۶ و همچنین برنامه «پل دکترای LSAMP» با کد ۱۹۰۶۱۶۰ پشتیبانی شده‌است. گام بعدی این تیم تحقیقاتی، آزمایش پلتفرم طراحی‌شده بر روی سلول‌های بنیادی انسانی است.

پژوهش حاضر، نمونه‌ای برجسته از همگرایی فناوری‌های نوظهور مانند نانو مواد، تحریک الکتریکی و مهندسی بافت است که می‌تواند امیدهای تازه‌ای برای میلیون‌ها بیمار مبتلا به آرتروز در سراسر جهان به‌ارمغان آورد.