ساخت رگهای خونی مصنوعی با آهنربا
به گزارش خبرگزاری آنا؛ تولید اندامهای مصنوعی سالهاست یکی از اهداف بزرگ پزشکی بازساختی است، اما بازسازی ساختارهای پیچیده بدن، بهویژه شبکه ظریف رگهای خونی، همچنان یکی از دشوارترین چالشهای این حوزه به شمار میرود. به گزارش سایت «ساینس آلرت» (Science Alert)؛ اکنون پژوهشگران «مؤسسه فناوری ماساچوست» (Massachusetts Institute of Technology یا MIT) روشی تازه ابداع کردهاند که با کمک میدانهای مغناطیسی، رشد رگهای خونی را با دقت بیشتری هدایت میکند؛ روشی که میتواند کیفیت بافتهای مهندسیشده را به شکل قابل توجهی افزایش دهد.
یکی از بزرگترین موانع ساخت اندام مصنوعی
اگرچه پیشرفتهای چشمگیری در زمینه مهندسی بافت و چاپ زیستی سهبعدی حاصل شده است، اما ایجاد شبکهای از رگهای خونی که بتواند همانند بدن انسان اکسیژن و مواد مغذی را به سلولها برساند، همچنان یکی از پیچیدهترین مراحل این فرایند است.
این موضوع بهویژه درباره «مویرگها» اهمیت بیشتری دارد. مویرگها باریکترین رگهای خونی بدن هستند و قطر برخی از آنها تنها حدود ۰٫۰۰۵ میلیمتر است؛ یعنی تقریباً ۳۴ برابر نازکتر از یک تار موی انسان. این رگهای بسیار ظریف تنها اجازه میدهند سلولهای خونی به صورت تکبهتک از میان آنها عبور کنند و همین ویژگی، نقش حیاتی آنها را در رساندن اکسیژن و مواد مغذی به بافتها ممکن میسازد. به همین دلیل، هرگونه تلاش برای تولید اندام یا بافت مصنوعی بدون ایجاد شبکهای منظم از مویرگها، شانس موفقیت چندانی نخواهد داشت.
هدایت رشد رگها با کمک آهنربا
پژوهشگران MIT برای حل این مشکل، سامانهای طراحی کردند که در آن سلولهای پوشاننده دیواره داخلی رگهای خونی، موسوم به «سلولهای اندوتلیال» (Endothelial Cells) ، درون ژلی از «کلاژن» (Collagen)، یکی از مهمترین پروتئینهای سازنده بدن قرار گرفتند. این سلولها داخل تراشهای کوچک رشد داده شدند. درون این تراشه نیز یک آهنربای بسیار کوچک قرار داده شد و چند آهنربای خارجی، میدان مغناطیسی آن را در سه بُعد کنترل کردند.
پژوهشگران با تغییر شدت نیروی مغناطیسی توانستند مسیر کشیده شدن سلولها را تنظیم کنند. این کششهای مکانیکی ملایم باعث شد سلولها در جهتهای مشخصی سازماندهی شوند و شبکهای از رگهای خونی جدید با دقت بسیار بیشتری نسبت به روشهای پیشین شکل بگیرد. این فناوری در واقع نسخه تکاملیافته روشی است که همین گروه پژوهشی پیشتر برای ساخت عضلات و اعصاب مصنوعی از آن استفاده کرده بود.
کنترل شکل و تعداد رگهای جدید
نتایج آزمایشها نشان داد پژوهشگران تنها به ایجاد رگهای خونی محدود نبودند، بلکه میتوانستند با تغییر شدت میدان مغناطیسی، ویژگیهای این رگها را نیز کنترل کنند. آنها دریافتند افزایش یا کاهش نیروی واردشده از سوی آهنرباهای خارجی، بر تعداد رگهای تازه تشکیلشده و همچنین طول آنها تأثیر مستقیم دارد. هرچند این فناوری هنوز در مرحله نمونه اولیه قرار دارد، اما نتایج اولیه نشان میدهد امکان هدایت رشد رگهای خونی با دقتی بسیار بیشتر از روشهای متداول وجود دارد.
به گفته «ریتو رامان» (Ritu Raman)، مهندس مکانیک و سرپرست این پژوهش، بافتهای سالم به شبکهای منظم از رگهای خونی وابسته هستند، اما روشهای فعلی مهندسی بافت هنوز امکان ایجاد چنین شبکههایی را با دقت کافی فراهم نمیکنند. او معتقد است استفاده از محرکهای فیزیکی مانند نیروهای مکانیکی میتواند راه را برای تولید بافتهای مهندسیشدهای هموار کند که در آینده قابلیت پیوند به بدن انسان را داشته باشند.
کشش مکانیکی، محرک رشد مویرگهای جدید
پژوهشگران در ادامه بررسیهای خود دریافتند که نحوه اعمال نیروی مکانیکی نیز نقش تعیینکنندهای در رشد رگهای خونی دارد. آنها با ایجاد کششهای رفتوبرگشتی روی سلولهای رگهای خونی، مشاهده کردند تعداد «مویرگها» (Capillaries) بهطور محسوسی افزایش مییابد.
به گفته پژوهشگران، نیروهای مکانیکی همواره در بدن انسان نقش مهمی ایفا میکنند و سلولها بهطور مداوم تحت تأثیر کشش، فشار و حرکت قرار دارند. یافتههای این مطالعه نشان میدهد با کنترل این نیروها میتوان رشد رگهای خونی را نیز هدایت کرد؛ بهگونهای که تعداد، طول و حتی جهت رشد آنها مطابق نیاز پژوهشگران تنظیم شود.
چرا روشهای قبلی کافی نبودند؟
فرایند طبیعی تشکیل رگهای خونی جدید در بدن «رگزایی» (Angiogenesis) نام دارد. دانشمندان سالها تلاش کردهاند این فرایند را در محیط آزمایشگاه بازسازی کنند، اما دستیابی به کنترل دقیق بر نحوه شکلگیری رگها همواره یکی از چالشهای اصلی بوده است.
در روشهای رایج، رگهای خونی یا با استفاده از چاپگرهای زیستی سهبعدی ساخته میشوند یا سلولها در ظروف آزمایشگاهی و در محیطی حاوی مواد مغذی و ترکیبات شیمیایی رشد داده میشوند. هرچند این روشها امکان ایجاد رگهای خونی را فراهم میکنند، اما هدایت دقیق مسیر رشد آنها همچنان دشوار است.
به گفته پژوهشگران، تاکنون تلاشهای زیادی برای هدایت رشد رگها با استفاده از «فاکتورهای رشد» (Growth Factors) و سایر پیامهای شیمیایی انجام شده است، اما این محرکها دقت بالایی ندارند و نمیتوانند شبکهای منظم و قابل پیشبینی از رگهای خونی ایجاد کنند. به همین دلیل، پژوهشگران به دنبال استفاده از محرکهای فیزیکی بودهاند؛ رویکردی که در این مطالعه نتایج امیدوارکنندهای به همراه داشته است.
ژنی که در رشد رگهای خونی نقش کلیدی دارد
پژوهشگران تنها به بررسی نقش میدانهای مغناطیسی بسنده نکردند، بلکه تلاش کردند سازوکار زیستی این پدیده را نیز شناسایی کنند. برای این منظور، آنها آزمایشهای خود را روی سلولهایی تکرار کردند که بهگونهای مهندسی ژنتیکی شده بودند که ژنی به نام «پیزو۱» (PIEZO1) در آنها غیرفعال شده بود. این ژن مسئول تولید نوعی «کانال یونی» (Ion Channel) حساس به فشار مکانیکی است؛ ساختارهایی که ورود و خروج یونها از سلول را تنظیم میکنند و به سلول اجازه میدهند نیروهای فیزیکی محیط را تشخیص دهد.
نتایج نشان داد زمانی که ژن پیزو۱ غیرفعال بود، تعداد رگهای خونی جدید به شکل محسوسی کاهش یافت. این یافته نشان میدهد فعال شدن این کانالهای یونی، نقش مهمی در پاسخ سلولها به کشش مکانیکی و آغاز فرایند رگزایی دارد.
گام بعدی؛ ساخت اندامهای مصنوعی
پژوهشگران اکنون در حال بررسی این موضوع هستند که آیا خون میتواند در رگهای خونی ایجادشده با این روش، همانند رگهای طبیعی جریان پیدا کند یا خیر. آنها همچنین قصد دارند این فناوری را در ساخت بافتها و اندامهای مصنوعی به کار بگیرند؛ پروژهای که قرار است با بافت عضله آغاز شود. مرحله بعدی این پژوهش بررسی این موضوع است که آیا هدایت دقیق رشد رگهای خونی میتواند عملکرد بافتهای مهندسیشده، بهویژه عضلات مصنوعی، را نیز بهبود ببخشد یا خیر.
گامی تازه در مسیر پزشکی بازساختی
اگرچه این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد، اما نتایج آن نشان میدهد استفاده از نیروهای مغناطیسی میتواند راهکاری دقیقتر برای هدایت رشد رگهای خونی در اختیار پژوهشگران قرار دهد. دستیابی به چنین قابلیتی، یکی از مهمترین پیشنیازهای تولید اندامهای مصنوعی است؛ زیرا بدون شبکهای کارآمد از رگهای خونی، هیچ بافت مهندسیشدهای قادر به دریافت اکسیژن و مواد مغذی کافی نخواهد بود.
به همین دلیل، این دستاورد تنها روشی جدید برای ساخت رگهای خونی نیست، بلکه میتواند گامی مهم در مسیر تحقق یکی از بزرگترین اهداف پزشکی بازساختی باشد؛ هدفی که در آینده شاید امکان تولید اندامهای سالم و قابل پیوند را برای میلیونها بیمار در سراسر جهان فراهم کند.
انتهای پیام/