فهرست مطالب
مهندسی بافت زیرمجموعه‌ای از رشته بیومواد است که مطالعاتی همچون داربست‌ها، سلول‌ها و مولکول‌های فعال بیولوژیکی درون بافت‌ها را دربرمی‌گیرد. هدف مهندسی بافت سر هم کردن ساختارهای کاربردی است که بافت‌ها یا کل اندام‌های آسیب دیده را بازسازی یا جایگزین کنند. در این مقاله از بایوکن مهندسی بافت با دیدگاه زیستی و سلولی را بررسی خواهیم کرد.
مهندسی بافت چیست ؟
هر روز هزاران جراحی برای جایگزینی یا ترمیم بافتی که در اثر بیماری یا تروما آسیب دیده انجام می‌شود. رشته مهندسی بافت (Tissue Engineering) با ترکیب سلول‌های بدن و داربست‌های بسیار متخلخل که از مواد زیستی ساخته شده‌اند، به تولید بافت‌های عملکردی و زنده می‌پردازد. تحقیقات مهندسی بافت همواره چند رشته‌ای بوده است. متخصصان پزشکی بالینی، مهندسی مکانیک، علوم مواد، ژنتیک و سایر رشته‌های مرتبط به مهندسی و علوم زیستی در اینجا مشغول‌اند.
گام اصلی در مسیر ساخت جایگزین‌های بافتی برای بدن انسان، درک نقش ساختاری و عملکردی بافت‌های طبیعی است. در این مرحله باید تمام ویژگی‌های اصلی بافت طبیعی در نظر گرفته شوند. سپس برای هر ویژگی، منبع مناسبی از سلول‌ها را می‌توان شناسایی و در صورت لزوم دستکاری کرد تا عملکرد مورد نظر را به دست آورد. به موازات آن، مهندسین وظیفه دارند تا با طراحی مناسب‌ترین بستر برای سلول‌های بنیادی، شرایط فیزیکی-شیمیایی بافت را تقلید کنند.
مواد مورد استفاده در مهندسی بافت چیست ؟
داربست‌های متعددی از انواع بیومواد تولید شده‌اند و در تلاش برای بازسازی بافت‌ها و اندام‌های مختلف بدن مورد استفاده قرار گرفته‌اند. دو مورد از ملاحظات کلیدی هنگام طراحی یا تعیین مناسب بودن داربست برای استفاده در مهندسی بافت سازگار بودن و تخریب‌پذیر بودن داربست‌ها است. در حالت ایده‌آل، داربست باید دارای خواص مکانیکی مطابق با محل آناتومیکی باشد که قرار است در آن کاشته شود.
داربست‌ها و سازه‌ها به عنوان ایمپلنت دائمی در نظر گرفته نمی‌شوند. بنابراین داربست باید زیست‌تخریب‌پذیر باشد تا به سلول‌ها اجازه دهد ماتریکس خارج سلولی خود را تولید کنند. محصولات جانبی این تخریب نیز باید غیرسمی باشند و بتوانند بدون تداخل با سایر اندام‌ها از بدن خارج شوند. برای اینکه امکان تخریب همزمان داربست با تشکیل بافت رخ دهد، یک پاسخ التهابی همراه با تزریق کنترل‌شده سلول‌هایی مانند ماکروفاژها مورد نیاز است. در سال‌های اخیر که استراتژی‌های مهندسی بافت وارد فاز بالینی شده‌اند، حوزه ایمونولوژی نقش پررنگ‌تری در مهندسی بافت پیدا کرده است.
سلول‌ها عمدتاً از طریق گروه‌های شیمیایی (لیگاندها) روی سطحشان با داربست‌ها تعامل دارند. داربست‌های سنتز شده از مواد طبیعی خارج سلولی (مانند کلاژن) به طور طبیعی دارای این لیگاندها هستند. درحالی‌که داربست‌های ساخته شده از مواد مصنوعی ممکن است نیاز به تزریق این لیگاندها داشته باشند. منافذ موجود در داربست‌ها باید به اندازه کافی بزرگ باشند تا اجازه دهند سلول‌ها به داخل ساختار مهاجرت کنند، جایی که در نهایت به لیگاندهای داخل داربست متصل می‌شوند. از طرفی این منافذ باید به اندازه کافی کوچک باشند تا سطح تماس ایجاد شده برای اتصال کارآمد باشد.
تکنینک‌های مورد استفاده در مهندسی بافت
سلول‌ها اجزای اصلی سازنده بافت بوده و بافت‌ها واحد اصلی عملکرد در بدن هستند. در هر بافت گروهی از سلول‌ها ساختارهای حمایتی خود به نام ماتریکس خارج سلولی را می‌سازند و ترشح می‌کنند. این ماتریکس یا داربست، وظیفه‌ای بیش از پشتیبانی سلول‌ها بر عهده دارد. سلول‌ها همچنین به عنوان یک ایستگاه مخابراتی برای مولکول‌های سیگنالینگ مختلف عمل می‌کند. سلول‌ها همواره از محیط پیام‌های بسیاری دریافت کرده و این پیام‌ها را به سلول‌های اطراف خود منتقل می‌کنند. هر سیگنال می‌تواند زنجیره‌ای از پاسخ‌ها را شروع کند که تعیین می‌کند چه اتفاقی برای سلول باید بیافتد. محققان با بررسی چگونگی واکنش سلول‌های منفرد به سیگنال‌ها توانسته‌اند این فرآیندها را برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده یا حتی ایجاد بافت‌های جدید دستکاری کنند.
فرآیند ساختن بافت جدید اغلب با ایجاد داربست شروع می‌شود. مجموعه وسیعی از منابع مختلف مثل پروتئین‌ها، پلاستیک‌ها و… برای این کار در دسترس هستند. پس از ایجاد داربست‌ها، سلول‌های زمینه و فاکتورهای رشد به محیط اضافه می‌شوند. اگر محیط مناسب باشد، یک بافت با شکل از پیش تعیین شده ایجاد می‌شود. در برخی موارد، سلول‌ها، داربست‌ها و فاکتورهای رشد همگی به یکباره با هم مخلوط می‌شوند و به بافت اجازه داده می‌شود تا خود به خود سرپا شود.
روشی دیگر برای ایجاد بافت، استفاده از داربست کلاژن بافت‌های اهدا شده است. در این روش سلول‌های جدید به بافتی که داربست آن سالم است ولی سلول‌های زمینه حذف شده، تزریق می‌شود. بدین طریق بافت پیوند یافته توسط سیستم ایمنی پس زده نمی‌شوند. این تکنیک حتی برای بافت‌های پیچیده‌ای همچون قلب، کبد، کلیه و ریه نیز قابل انجام است. پوست و غضروف مصنوعی نمونه‌هایی از بافت‌های مهندسی شده هستند که توسط سازمان غذا و دارو ایالات متحده آمریکا تایید شده‌اند. با این حال، در حال حاضر استفاده از آن‌ها بسیار محدود است.
خودترمیمی بافت به کمک سلول‌هایش
کاربردهای مهندسی بافت
مهندسی بافت این پتانسیل را دارد تا در غلبه بر مشکلات ناشی از هر گونه تروما یا آسیب بافتی مانند خرد شدن استخوان یا فرسایش غضروفها مفید واقع شود.
مطالعه روند پیشرفت تومورهای سرطانی از طریق رشد دادن تومور در بافت مهندسی شده، از روش‌های نوظهور و بسیار جالب است. این امر از طریق کشت‌های سه‌بعدی امکان پذیر است که می‌توانند شرایط بدن را شبیه‌سازی کنند. از هر دو نوع بیومواد طبیعی و مصنوعی برای مدل‌سازی سرطان استفاده شده است.
در حال حاضر، مهندسی بافت نقش نسبتا کمی در نظام سلامت دارد. پوست مصنوعی، دریچه‌های قلبی و غضروفها نمونه‌هایی از بافت‌های مهندسی شده هستند که توسط FDA تایید شده‌اند. با این حال، استفاده از آن‌ها نسبت به سایر روش‌های درمان محدود است.
مثانه‌های جایگزین، شریان‌های کوچک، پیوند پوست، غضروف و حتی یک نای کامل در بیماران انجام شده است، اما این درمان‌ها هنوز در فاز آزمایش و بسیار پرهزینه هستند. بافت‌های پیچیده‌تری مانند قلب، ریه و بافت کبد با موفقیت در آزمایشگاه بازآفرینی شده‌اند، اما تا زمانی که به طور کامل و ایمن آماده کاشت در بیمارها باشند، فاصله زیادی دارند. با این حال، این بافت‌ها می‌توانند در تحقیقات، به ویژه در تولید دارو، بسیار مفید باشند. استفاده از بافت انسانی زنده برای کمک به غربال داروها در فاز توسعه، سرعت تحقیقات را بسیار بالا خواهد برد.
نویسنده: سینا جعفری
یک نظر