مهندس بافت (قسمت دوم)
مهندسی بافت یک رویکرد چند رشته ای برای مشکل حیاتی پزشکی نوین، یعنی عرضه ی بافت و اندام برای پیوند است. اکثر مردم می دانند که نسبت بیماران منتظر برای دریافت قلب، ریه، کبد، کلیه و غیره بسیار بیشتر از اندام های قابل اهدا می باشد. از این رو شما ممکن است به این فکر باشید که با ثبت نام و دریافت کارت اهدای عضو، یک اهدا کننده شوید. اما حتی با افزایش افراد با کارت اهدای عضو، آیا نیاز به بافت و اندام در دنیای پزشکی مرتفع می شود؟
یکی از اهداف مهندسی بافت توسعه ی راهکارهایی برای ساخت اندام ها در آزمایشگاه است که پس از آن برای نیازهای پزشکی قابل استفاده باشد. هدف دیگر آن تولید بافت ها و اندام هایی است که بتوان برای مقاصد تحقیقاتی استفاده کرد. از جمله تحقیقات عموماً می تواند شامل ارزیابی داروهای جدید، شبیه سازی بیماری ها به منظور توسعه ی بهتر روش های درمانی و کاهش استفاده از بافت ها و اندام های حیوانات در تحقیقات زیست شناسی باشد.
راهکارهای تولید بافت
استراتژی ها و راهکارهایی که برای ایجاد یک بافت جدید، در مهندسی بافت وجود دارد شامل موارد زیر است:رویکرد اول: به مکانی که آسیب دیده است، به طور مستقیم، خود سلول را تزریق نمائیم. این روش در مورد سلول¬های خونی و عضلانی میسر می باشد. ایراد این روش آن است سلول ها بیش از یک حد معین، قادر به رشد و تکثیر نخواهند بود. زیرا برای ادامه حیات یک بافت، مهمترین عامل رگ زایی یا آنژیوژنز می باشد. در مواردی که سلول به محل مورد نظر تزریق می شود این حالت به سختی ایجاد می شود و جزء یکی از محدودیت های این روش است.
رویکرد دوم: روش سیستم بسته یا closed system می باشد. در این روش سلول هایی که عامل ترمیم بافت ها هستند را در سیستم های بسته ای حول بافت مشخص و یا محلی که مورد نیاز می¬باشد قرار می دهند. کاشت این محفظه های محتوی سلول، باعث ترغیب و القای رشد و ترمیم بافت می¬گردد. از این روش برای تکثیر و تولید مقادیر زیادی از مولکول های مورد نیاز برای رشد سلولی نظیر عوامل رشد استفاده می¬شود. برای این کار پلیمرهای جدیدی به صورت سه بعدی تولید شده تا چسبندگی و رشد سلول های بافت آسیب دیده امکان پذیر شود. مثال از این حالت ترمیم آسیب های دندانی می باشد.
کنترل ساختار و عملکرد در مهندسی بافت
چالش های زیستی و فنی در مهندسی بافت در سه جزء اصلی متمرکز شده است که شامل سلول داربست سیستم بیوراکتو است. کنترل پارامترهای مختلف در ساختار دستگاه می تواند تاثیر برجسته ای بر نتیجه ی نهایی داشته باشد. پارامترهای مختلف موثر در کنترل ساختار و عملکرد بافت مهندس شده شامل موارد زیر است:
پارامترهای مربوط به جزء سلولی شامل منبع سلول، نوع سلول، فنوتیپ سلول، قابلیت زیستی، غلظت سلول، میزان بیان ژن ها و دستورزی ژنتیکی می باشد.
پارامترهای مربوط به داربست شامل ماترکس زیست تجزیه پذیر، ساختار و معماری داربست، ساختار شیمیایی، میزان جذب مولکول های زیست فعال و فاکتورهای محلول، بار، میزان تخلخل، پایداری ویژگی های مکانیکی نظیر استحکام می باشد.
پارامترهایی از قبیل مواد مغذی، اکسیژن، فاکتورهای رشد، جریان، رطوبت و فاکتورهای مکانیکی نظیر ضربان، ایستایی، کشش، تراکم و تنش برشی، را می توان در سطح بیوراکتور کنترل کرد.
بیوراکتور چیست؟
بیوراکتورها در مهندسی بافت ابزارهایی هستند که به منظور ارتقای رشد سلول ها و بافت، محیط فیزیولوژیک را شبیه سازی می کنند. محیط فیزیولوژیکال می تواند شامل شاخص های مختلف، از جمله دما، غلظت اکسیژن و دی اکسید کربن باشد، اما می توان آن را به همه ی انواع پارامترهای زیستی، شیمیایی و مکانیکی بسط داد. بنابراین سیستم هایی وجود دارد که می تواند شامل به کارگیری نیروها و تنش هایی برای بافت و یا حتی جریان الکتریکی در دو یا سه بعد باشد.بیوراکتورها امکان گسترش و تکوین سه بعدی بافت را با تنظیم تبادلات بیوشیمیایی (برای مثال اکسیژن و فاکتورهای رشد) و تحریک های مکانیکی ( نظیر کشش و تراکم و تنش برشی) در محیط آزمایشگاهی و خارج از بدن موجود زنده، شرایط موجود در بدن موجود زنده را تقلید می کند. شرایط بیوراکتور، قابلیت های زیستی و تکثیر سلول، محتویات ماتریکس خارج سلولی و ساختار را در بافت مهندسی شده تحت تاثیر قرار می دهد.
بیوراکتورهای اولیه به طور ساده ای طراحی شده بودند که مایع مغذی یا محیط کشت (culture medium) را به بافت پمپ کنند. نسل بعدی بیوراکتورها را برای ایجاد کشش، تراکم و تنش برشی، و جریان ضربانی محیط کشت و تنش های پیش بینی شده برای بهبود ساختار و ویژگی های مکانیکی بافت مهندسی شده جهت فراهم آمدن امکان رشد رگ های خونی، میوکاردیوم، غضروف و عضله، و سیگنال های سلولی مکانیکی تنظیم کننده ی فنوتیپ یا ویژگی های ظاهری سلول (mechanotransduction) طراحی کرده اند. در تصویر زیر می توانید ساختار کلی یک بیوراکتور را ببیند.
سمانه سادات عنایتی
بخش دانش و زندگی تبیان
منابع:
Humphrey JD. Stress, strain, and mechanotransduction in cells. J Biomech Eng 2001;123:638 – 41.
Langer R, Vacanti JP. Tissue engineering. Science 1993;260:920 – 6.
Vacanti JP, Langer R. Tissue engineering: the design and fabrication of living replacement devices for surgical reconstruction and transplantation. Lancet 1999;354:S132
