محققان دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، موفق شدند برای نخستین بار با استفاده از مواد کاملا مصنوعی بافتی شبیه مغز انسان بسازند که عملکرد واقعی نورونها را تقلید میکند.
به گزارش new atlas، این دستاورد میتواند نیاز به استفاده از مغز حیوانات در تحقیقات علمی را بهطور چشمگیری کاهش دهد و با هدفگذاری سازمان غذا و داروی آمریکا برای حذف آزمایشهای حیوانی در توسعه دارو همراستا باشد.
مهندسی بافت عصبی تلاش دارد محیط پیچیده مغز بهویژه ماتریکس خارجسلولی که رشد، تکامل و ارتباط درست سلولهای عصبی را پشتیبانی میکند، شبیهسازی کند. این محیط دارای ساختار دقیق و سیگنالهایی است که رفتار و تعامل سلولها را هدایت میکند.
مدلهای سهبعدی مهندسیشده بافت، پتانسیل بالایی برای شبیهسازی ساختار و عملکرد پیچیده مغز دارند، اما بازتولید جزئیات ظریف مغز در آزمایشگاه همچنان دشوار است. روشهای فعلی اغلب نمیتوانند جزئیات ریز که رفتار سلولها را شکل میدهند، بازسازی کنند.
در این پژوهش تیم تحقیقاتی با استفاده از سیستم جدیدی به نام BIPORES (Bijel-Integrated PORous Engineered System) موفق به ساخت بافت مغزی عملکردی شدند، بدون نیاز به مواد حیوانی یا پوششهای بیولوژیکی. این سیستم یک بستر کاملا مصنوعی برای مهندسی بافت عصبی فراهم میکند.
این ماده جدید عمدتا از پلیاتیلن گلیکول (PEG) ساخته شده است؛ پلیمر شیمیایی خنثیای که بهتنهایی برای سلولها مانند تفلون عمل میکند و سلولها به راحتی از آن عبور میکنند. معمولا برای تثبیت سلولها به کمک پروتئینهایی مانند لامینین یا فیبرین نیاز است.
پیش از این محققان تکنیکی به نام STrIPS توسعه داده بودند که تولید مداوم ذرات، الیاف و فیلمهای دارای ساختار اسفنجی را امکانپذیر میکرد، اما ضخامت این مواد محدود به حدود ۲۰۰ میکرومتر بود. برای غلبه بر این محدودیت تیم تحقیقاتی سیستم BIPORES را طراحی کرد که ترکیبی از شکلهای الیافی بزرگ و الگوهای متخلخل پیچیده الهامگرفته از bijels دارد؛ مواد نرم با سطح داخلی صاف و شبیه زین. الیاف BIPORES از محلول ژلمانند PEG ساخته شده و با نانوذرات سیلیکا تثبیت میشوند.
با استفاده از تجهیزات میکروفلوئیدیک سفارشی و بیوپرینتر، ساختارهای سهبعدی با لایههای متخلخل و متصل به هم ساخته شد که اجازه میدهد مواد غذایی و ضایعات بهراحتی حرکت کنند و رشد عمیق سلولها را پشتیبانی کنند. آزمایش با سلولهای بنیادی عصبی نشان داد این ماده باعث چسبندگی قوی سلولها، رشد مناسب و حتی تشکیل ارتباطات عصبی فعال میشود.
پرینس دیوید اوکورو، نویسنده ارشد مطالعه گفت: این داربست پایدار امکان مطالعات طولانیمدت را فراهم میکند. این مسئله اهمیت زیادی دارد، زیرا سلولهای مغزی بالغ عملکرد واقعی بافت را بهتر منعکس میکنند و در تحقیقات بیماریها یا آسیبها کاربرد دارند.
برای ساخت داربست از مخلوط خاصی شامل PEG، اتانول و آب استفاده شد. PEG با آب بهخوبی مخلوط نمیشود و مانند روغن رفتار میکند، در حالی که اتانول به یکنواخت شدن مخلوط کمک میکند. این مخلوط از لولههای شیشهای ریز عبور داده شد و وقتی با جریان آب مواجه شد، اجزا شروع به جدا شدن کردند. تابش سریع نور این لحظه را تثبیت کرد و ساختاری اسفنجی پر از منافذ کوچک ایجاد شد که اجازه حرکت آزادانه اکسیژن و مواد غذایی را میدهد.
ایمان نوشادی، استاد مهندسی زیست دانشگاه ریورساید گفت: این ماده تضمین میکند که سلولها منابع لازم برای رشد، سازماندهی و برقراری ارتباط در خوشههای شبیه مغز را داشته باشند. با توجه به اینکه ساختار دقیقتر شبیه زیستشناسی است، میتوان مدلهای بافتی با کنترل دقیقتر رفتار سلولها طراحی کرد.
در حال حاضر قطر داربست تنها دو میلیمتر است، اما تیم تحقیقاتی در حال افزایش مقیاس آن است و مقالهای نیز برای بررسی کاربرد همین روش در ساخت بافت کبد ارسال کردهاند. هدف نهایی آنها ایجاد شبکهای از مینیارگانهای آزمایشگاهی است که مانند بدن انسان با یکدیگر تعامل داشته باشند و امکان بررسی پاسخ بافتهای مختلف به درمانها و تاثیر اختلال یک ارگان بر دیگری فراهم شود.
این مطالعه در نشریه Advanced Functional Materials منتشر شده است.
انتهای پیام/