در نگاه نخست، شاید باورش سخت باشد که ماده‌ای که از پوسیدگی و تجزیه مواد مرده تغذیه می‌کند، بتواند به بازسازی بدن انسان کمک کند. اما علم مواد نشان می‌دهد همان ویژگی‌ای که قارچ‌ها را در طبیعت «بازیافت‌کننده» حیات می‌کند، یعنی شبکه‌های درهم‌تنیده و منعطف آنها می‌تواند در پزشکی به ابزاری برای احیای بافت‌های زنده بدل شود. پژوهشگران با پرورش این قارچ در محیط مایع کنترل‌شده، موفق شده‌اند ساختاری هیدروژلی با لایه‌های چندگانه و توان نگه‌داری ۸۳ درصد آب تولید کنند؛ ماده‌ای که از نظر انعطاف و رطوبت، بیش از هر چیز به پوست انسان شباهت دارد.
از خاک تا پوست؛ تولد یک هیدروژل زنده
هیدروژل‌ها در پزشکی برای ساخت بافت مصنوعی، مهندسی سلول و درمان زخم استفاده می‌شوند. اما بیشتر نمونه‌های رایج، مصنوعی‌اند و گاهی به‌دلیل خشک شدن یا شکنندگی، با بدن سازگار نیستند. این بار، گروهی از مهندسان مواد به سرپرستی «آتول آگراوال» (Atul Agrawal) در دانشگاه یوتا تصمیم گرفتند به‌جای تقلید از زیست، خودِ زیست را به کار گیرند.
آنها قارچی را انتخاب کردند که سال‌ها به‌عنوان گونه‌ای از «پایسیلومایسِس» (Paecilomyces) شناخته می‌شد، اما در سال ۲۰۲۰ با تحلیل ژنتیکی به خانواده‌ای مستقل منتقل شد. «مارکواندومایسِس مارکواندیی» در خاک‌های مرطوب رشد می‌کند و در محیط آزمایشگاهی توانست لایه‌هایی ایجاد کند که مانند بافت پوست از چند بخش با تخلخل متفاوت ساخته شده‌اند. بخش‌های سطحی متراکم‌ترند و در عمق، ساختار بازتر و اسفنجی‌تر است، نظمی که بدون طراحی انسانی و فقط با رشد طبیعی قارچ شکل گرفته است.
لایه‌لایه مثل پوست انسان
تصاویر میکروسکوپی نشان می‌دهند هیدروژل قارچی از رشته‌های ظریف «مایسلیوم» (Mycelium) ساخته شده که به‌صورت شبکه‌ای پیچیده رشد می‌کنند. این رشته‌ها از ماده‌ای به نام «کیتین» (Chitin) تشکیل شده‌اند؛ همان ترکیب موجود در صدف سخت‌پوستان و پوسته حشرات. به گفته دکتر «استیون نالووی» (Steven Naleway)، مهندس مواد در «دانشگاه یوتا» (University of Utah)، این ویژگی کیتینی باعث می‌شود هیدروژل قارچی نه‌تنها زیست‌سازگار، بلکه مقاوم و انعطاف‌پذیر باشد: «در تئوری می‌توان از آن برای ساخت داربست استخوانی، پانسمان‌های زخم یا حتی ایمپلنت‌های پوستی استفاده کرد. این شبکه‌ها زنده‌اند و می‌توانند به تغییرات بدن پاسخ دهند.»
مایسلیوم
قارچ‌ها؛ معماران طبیعی بافت
بیشتر ما قارچ را در قالب کپک یا قارچ‌خوراکی می‌شناسیم، اما آنچه در واقعیت بخش اصلی این موجودات را می‌سازد، «مایسلیوم» است؛ رشته‌هایی زیرزمینی که درون خاک یا چوب رشد می‌کنند و مسئول جذب مواد غذایی‌اند. این شبکه‌های فیبری دقیقاً همان چیزی است که مهندسان مواد به‌دنبال آن هستند: ساختار‌هایی سبک، متخلخل و خودترمیم‌شونده.
«برین دِنتینگر» (Bryn Dentinger)، قارچ‌شناس موزه تاریخ طبیعی یوتا، در توضیح رفتار رشد قارچ‌ها می‌گوید: «مایسلیوم در مسیر رشد، دیواره‌هایی میان سلول‌ها می‌سازد و خود را به واحد‌های کوچک تقسیم می‌کند. تا زمانی که غذا در دسترس باشد، می‌تواند بی‌پایان ادامه یابد. همین پویایی باعث می‌شود بتوانیم رفتار زیستی آن را برای رشد مواد جدید مهندسی کنیم.»
ساختار زنده با لایه‌های هوشمند
یکی از یافته‌های مهم این پژوهش، شکل‌گیری خودبه‌خودی لایه‌های متناوب در هیدروژل بود. در هر لایه، درصد تخلخل متفاوت است. از ۴۰ تا ۹۰ درصد، که باعث می‌شود آب به‌طور یکنواخت در سراسر ساختار حفظ شود. به باور پژوهشگران، این تفاوت‌ها نتیجه تغییرات در نرخ رشد قارچ در بخش‌های مختلف محیط مایع است. یعنی با تنظیم میزان اکسیژن، دما یا ترکیب مواد غذایی می‌توان الگوی رشد و در نتیجه بافت نهایی را کنترل کرد.
این کنترل‌پذیری، کلید کاربرد‌های پزشکی است؛ از داربست بافت تا بانداژ‌هایی که به‌تدریج با پوست ادغام می‌شوند. در آزمایش‌ها، این هیدروژل توانست تا ۸۳ درصد آب را نگه دارد، رقمی که حتی از برخی بافت‌های زنده بالاتر است.
چالش‌های زیستی و اخلاقی
با وجود همه‌ی پیشرفت‌ها، هنوز مسیر طولانی در پیش است تا این مواد زنده وارد پزشکی شوند. گرچه «مارکواندومایسِس مارکواندیی» برای انسان مضر شناخته نشده، اما برخی ترکیبات کیتینی در قالب آلرژن عمل می‌کنند و در افراد حساس ممکن است واکنش ایمنی ایجاد کنند. از سوی دیگر، ادغام بافت‌های زنده با مواد دارای رشد مستقل نیازمند نظارت دقیق ایمنی زیستی است تا از رفتار‌های ناخواسته یا تکثیر قارچ در بدن جلوگیری شود.
از طبیعت به مهندسی آینده
کاربرد مواد زنده در فناوری‌های پزشکی ایده‌ای است که از خود طبیعت الهام گرفته است. قارچ‌ها در نقش «معماران زیستی» می‌توانند الگویی برای طراحی موادی باشند که رشد می‌کنند، خود را ترمیم می‌کنند و با بدن هماهنگ می‌مانند. اگر این پژوهش‌ها موفق شوند، آینده‌ی ترمیم بافت دیگر محدود به بانداژ یا پیوند نخواهد بود؛ بلکه می‌توان از مواد زنده‌ای استفاده کرد که به‌معنای واقعی کلمه، بخشی از بدن می‌شوند.
مرز زیست و فناوری
پژوهش تازه منتشر شده در سایت «ساینس آلرت» (Science Alert)، درباره‌ی هیدروژل قارچی، تنها آغاز راهی است که در آن مرز میان زیست و فناوری کمرنگ می‌شود. روزی شاید بانداژی روی پوستمان قرار گیرد که نفس بکشد، رشد کند و با سلول‌های بدن گفت‌و‌گو کند. اگر روزی چنین شود، شاید این بار طبیعت نه تنها منبع الهام علم، بلکه شریک فعال آن باشد.
انتهای پیام/