دانشمندان با استفاده از آهنربا راه دقیقتری برای رشد رگهای خونی مصنوعی پیدا کردند
کلیک کن!
شاید تا حالا تصور میکردید که ساختن اندامهای مصنوعی در آزمایشگاه فقط به پرینت گرفتن از شکل ظاهری آنها محدود میشود، اما واقعیت این است که چالش اصلی در مقیاسهای بسیار کوچکتر رخ میدهد. در این مقاله با هم میبینیم که چطور دانشمندان MIT با استفاده از نیروهای مغناطیسی، یکی از بزرگترین موانع مهندسی بافت یعنی بازسازی شبکه ظریف رگهای خونی را پشت سر گذاشتهاند. برای داشتن یک بافت زنده و کارآمد، باید بتوانیم رگهایی را طراحی کنیم که حتی از موی انسان هم باریکتر هستند.
چالش بازسازی شبکههای میکروسکوپی در بدن انسان
علم ممکن است روزی به ما این امکان را بدهد که بخشهای آسیبدیده یا بیمار بدن را با جایگزینهای مصنوعی ترمیم کنیم، اما بازتولید اندامها و بافتها در محیط آزمایشگاه اصلاً کار سادهای نیست. این موضوع بهویژه در مورد شبکههای عروق خونی صادق است که در سطح مویرگهای رشتهمانند، ابعادی میکروسکوپی پیدا میکنند. این مویرگها میتوانند به کوچکی 0.005 میلیمتر باشند؛ یعنی چیزی حدود 34 برابر نازکتر از موی انسان. جالب است بدانید این رگها آنقدر باریک هستند که گلبولهای قرمز خون مجبورند تنها به صورت تکردیفی از میان آنها عبور کنند.
پژوهشگران به سرپرستی تیمی از دانشگاه MIT (موسسه فناوری ماساچوست) اخیراً نتایج تحقیقات خود را در نشریه PNAS منتشر کردهاند که جزئیات روشی نوین برای مهندسی رگهای خونی را با دقتی بسیار بالاتر از قبل ارائه میدهد. درست کردن رگهای خونی و به دنبال آن برقراری جریان خون، کلید موفقیت هر اندام یا بافت رشدیافته در آزمایشگاه است، زیرا این مویرگهای ظریف هستند که با نفوذ به بافت، اکسیژن و مواد مغذی حیاتی را به سلولها میرسانند.
نیروی مغناطیسی به کمک مهندسی بافت میآید
رویکرد جدید این تیم تحقیقاتی بر پایه استفاده از نیروهای مغناطیسی استوار است که سلولهای رگهای خونی را به آرامی کشیده و در جای مناسب خود قرار میدهند. ریتو رامان (Ritu Raman)، مهندس مکانیک از MIT، توضیح میدهد که بافتهای سالم به شبکههای سازمانیافته رگهای خونی وابسته هستند، اما پروتکلهای فعلی و پیشرفته امروزی هنوز امکان ساخت چنین شبکههای دقیقی را در بافتهای مهندسیشده فراهم نمیکنند. توانایی برنامهریزی رشد عروق با استفاده از نشانههای فیزیکی میتواند مسیر را برای ساخت بافتهای قابل ایمپلنت باز کند تا عملکرد بدن را پس از بیماریهای ناتوانکننده یا جراحات شدید بازیابی کنند.
این سیستم بر پایه یک تراشه کوچک شامل سلولهای اندوتلیال (Endothelial cells) است؛ همان سلولهایی که دیواره داخلی رگهای خونی را میپوشانند. این سلولها در آزمایشگاه رشد داده شده و در ژلی از کلاژن (یکی از مهمترین پروتئینهای سازنده بدن) معلق شدهاند. یک آهنربای بسیار کوچک درون تراشه قرار داده شده که توسط چندین آهنربای خارجی در سه بعد کنترل میشود. با تنظیم نیروی وارد بر آهنربای داخلی، محققان توانستند تعیین کنند که رگهای خونی جدید به کدام سمت و چگونه رشد کنند.
کنترل دقیق بر فرآیند رگزایی با کشش مکانیکی
این روش در واقع فرم تغییریافتهای از همان تکنیکی است که پژوهشگران قبلاً برای ایجاد ماهیچهها و اعصاب مصنوعی استفاده کرده بودند. با تغییر قدرت کشش مغناطیسی خارجی، محققان موفق شدند طول و تعداد رگهای جدیدی را که ظاهر میشدند، کنترل کنند. اگرچه این پروژه هنوز در مراحل اولیه و نمونه اولیه (Prototype) قرار دارد، اما نتایج اولیه بسیار امیدوارکننده است. نکته اصلی اینجاست که کشیدن رگهای خونی به عقب و جلو، تعداد مویرگهای جدیدی را که رشد میکنند، افزایش میدهد.
در دنیای پزشکی، فرآیند تشکیل رگهای خونی جدید با نام رگزایی یا آنژیوژنز (Angiogenesis) شناخته میشود. تا پیش از این، دانشمندان سعی میکردند با استفاده از مواد شیمیایی مانند فاکتورهای رشد، مسیر رشد رگها را تعیین کنند، اما این روش دقت کافی را نداشت. نیروهای مکانیکی نقش بسیار مهمی در بدن ما ایفا میکنند و حالا دانشمندان میدانند که اگر بخواهند رگهای بیشتر یا کمتر، کوتاهتر یا بلندتر و در جهتهای خاص ایجاد کنند، دقیقاً باید چه نوع فشار مکانیکی به سلولها وارد آورند.
نقش کلیدی ژنتیک و دروازهبانهای سلولی
تیم تحقیقاتی برای درک بهتر مکانیسمهای زیربنایی این فرآیند، آزمایشهای خود را روی سلولهایی که به صورت ژنتیکی تغییر یافته بودند نیز تکرار کرد. آنها سلولهایی را بررسی کردند که فاقد ژن PIEZO1 بودند. این ژن در واقع مسئول کنترل «دروازهبانهای سلولی» یا همان کانالهای یونی است که وظیفه دارند ورود و خروج مواد به سلول را مدیریت کنند. در این مورد خاص، این کانالها به فشارهای مکانیکی پاسخ میدهند. نتایج نشان داد که با خاموش شدن ژن PIEZO1، رگهای خونی بسیار کمتری ایجاد میشود که ثابت میکند فعال شدن این کانالهای یونی برای پاسخ به کشش مغناطیسی ضروری است.
گامهای بعدی: از رگهای مصنوعی تا ماهیچههای کارآمد
مرحله بعدی این تحقیق بررسی این موضوع است که خون با چه کیفیتی در این شریانها، وریدها و مویرگهای ایجاد شده روی تراشه جریان مییابد. همچنین دانشمندان قصد دارند اندامها و بافتهای آزمایشگاهی واقعی را در اطراف این ساختارهای عروقی رشد دهند که شروع این کار با بافتهای ماهیچهای خواهد بود. جسیکا شاه (Jessica Shah)، مهندس بیومدیکال از MIT، میگوید که آنها در حال حاضر مشغول بررسی این موضوع هستند که چگونه الگوی دقیق رشد رگهای خونی میتواند به بهبود عملکرد ماهیچههای مهندسیشده کمک کند.
منبع: PNAS
بیش از دو دهه در زمینه سلامت، پزشکی، روانشناسی و جنبههای فرهنگی و اجتماعی آنها مینویسد و تلاش میکند دانش را ساده اما دقیق منتقل کند.
پزشکی دانشی پویا و همواره در حال تغییر است؛ بنابراین، محتوای این نوشته جایگزین ویزیت یا تشخیص پزشک نیست.
مطالب مرتبط
