ساخت بستری برای رشد اعصاب آسیب دیده در نخاع در OIST

پژوهشگران با استفاده فناوری به روز دنیا یک داربست مصنوعی برای بازسازی نورون‌ها ساختند. داروبست برای شبیه‌سازی ماتریس استخوانی بدن به کار می‌رود و ساختاری فیبری است که نورون‌ها برای رشد به آن متکی هستند. روش ساخت این داربست لیتوگرافی دو فوتونی (۲-photon lithography) نام دارد که از چاپ سه بعدی با پرتو لیزر برای برای محکم ساختن پلیمر حساس به نور بهره می‌برد. پژوهشگران دریافتند که این ماده به صورت مکانیکی و گرمایی پایدار است و دو نوه نورون را روی این بستر رشد دادند. این پژوهش پتانسیل این را دارد که روزی در بازیابی بافت آسیب دیده نخاع به کار گرفته شود. در ادامه این مقاله از مجله فناوری های توان افزا و پوشیدنی به مرور جزئیات مربوط به این داربست نورونی می‌پردازیم.

ساخت بستری برای رشد اعصاب آسیب دیده در نخاع

اهمیت ساخت بستری برای کشت نورون های نخاع

میلیون‌ها انسان در سراسر جهان با آسیب نخاعی دست و پنجه نرم می‌کنند. این نوع آسیب سبب نابودی پل ارتباطی مغز و بدن می‌شود. در نتیجه حرکت و احساس در بدن کاهش می‌یابد. بدترین حالت وقوع معلولیت است.

پژوهشگران موسسه تحصیلات تکمیلی علم و صنعت Okinawa(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University) یا OIST در ژاپن از فناوری چاپ سه بعدی برای تولید داربستی استفاده کردند که نورون‌ها در جهت صحیح هدایت کند. این داربست در ژورنال  Materials Science and Engineering: C به دقت بررسی شده است. پژوهشگران امیدوارند که این نتایج روزی برای طراحی ساختارهای نورونی مشابه نخاع به کار رود و در درمان آسیب نخاعی موثر باشد.

ساخت بستری برای رشد اعصاب آسیب دیده در نخاع
تصویر داربست با میکروسکوپ الکترونی. اندازه خط مقیاس در تصویر A ده میکرومتر و در تصویر B برابر یک میکرومتر است.

چرا ترمیم بافت نخاع دشوار است؟

در حال حاضر بازسازی بافت عصبی آسیب دیده نخاع یک چالش واقعی و یک مساله حل نشده است. برای درک جدیت این موضوع می‌توانیم به توضیحات سرپرست بخش اعصاب شناسی مولکولی در OIST، پروفسور Marco Terenzio استناد کنیم. او توضیح می‌دهد که اعصاب پیرامونی مانند اعصاب انگشتان یا پاها قابلیت بازسازی خود را دارند اما نورون‌های سیستم عصبی مرکزی بدن، نورون‌های مغز و نخاع، این قابلیت بازسازی را ندارند.

وی توضیح می‌دهد:« تنها انواع محدودی از نورون‌های نخاع قابلیت ترمیم دارند. افزون بر این اگر لازم باشد نورون‌ها چند میلیمتر رشد کنند، ممکن است جایی از زخم بر جای بماند. به همین دلیل باید بستر و داربستی مصنوعی فراهم کرد که به نورون‌ها کمک کند و این جای خالی را پر کند

فناوری های کشت نورون ها برای استفاده از در نخاع

زمانیکه نورون‌ها خود را بازسازی می‌کنند، یک فرآیند ایزوله رخ نمی‌دهد. در واقع نورون‌ها به ماتریس سلولی خارجی وابسته هستند که یک ساختار رشته‌ای است که نورون‌ها را برای رشد صحیح راهنمایی می‌کند. تا کنون کمبودهای موجود در بخش فناوری مانع ساخت یک بستر خارجی مناسب و به اندازه کافی بزرگ برای استفاده در نخاع بوده است.

ساخت بستری برای رشد اعصاب آسیب دیده در نخاع
دستگاه مورد استفاده برای ساخت داربست با روش لیتوگرافی دو فوتونی

لیتوگرافی دو فوتونی

در پژوهش انجام شده در OIST بهره‌گیری از فناوری روی دنیا، ۲-photon lithography، به پژوهشگران کمک کرد که برای ساخت این داربست روی ظرافت‌های آن تمرکز کنند و ساختار را کاملا تحت کنترل داشته باشند. این روش مشابه چاپ سه بعدی است اما عملکرد آن معکوس است. به جای اینکه ساختار با انباشتن مواد روی یکدیگر بدست آید، هر جا لازم باشد مواد اضافی از ماده خام اولیه جداسازی می‌شود.

پژوهشگران از نرم‌افزارهای رایانه‌ای برای ساخت داروبست با شیارها و پستی و بلندی مناسب رشد نورون‌ها بهره بردند. نورون‌ها به صورت کلی به شکل شعاعی رشد می‌کنند. آن‌ها از یک مرکز رشد می‌کنند و دور می‌شوند. در آسیب‌های عصبی شدید باید اعصاب به صورت یک خط مستقیم از هر دوسوی زخم رشد داده شود.

ساخت بستری برای رشد اعصاب آسیب دیده در نخاع
تصویری از رشد موفقیت‌آمیز نورون‌ها داخل داربست. نورون‌ها بر اساس عمق نفوذ به داخل داربست رنگی شده‌اند. این تصویر ما میکروسکوپ دو کانونی یا con-focal microscope بدست آمده است.

پلیمری که با تابش نور سخت می شود

پژوهشگران  داربست‌های مختلفی از پلمیر IP-Dip ساختند. این ماده در برابر نور سخت می‌شود. این نور در واقعه پرتو لیزری است که طبق یک نقشه خاص به نقاط خاصی تابیده می‌شود. سپس مواد اضافی که سخت نشده‌اند شسته می‌شوند و ساختار نهایی خود را آشکار می‌کند. پژوهشگران با مطالعه ویژگی‌های داربست‌ها دریافتند که این پلیمر به لحاظ مکانیکی و گرمایی پایدار است.

پلیمر سازگار با بافت زنده

پژوهشگران همچنین بیان کردند که این ساختار به لحاظ زیستی با بدن سازگار است.با  رشد نورون‌های عصبی ناحیه dorsal root ganglion در موش( ناحیه‌ای از اعصاب نزدیک به نخاع که حس را به مغز منتقل می‌کند) این سازگاری تائید شد. این گروه ساختار یاد شده را در نورون‌های حرکتی موش‌ها نیز آزمایش کردند. این نورون‌ها در نخاع یافت می‌شوند و مسئول انقباض ماهیچه‌ها و حرکت هستند. هر دو نوع نورون با موفقیت روی این داربست رشد کردند.

انتخاب تخلل مناسب به عنوان داربست نورونی و بهبود ساختار داربست

یکی از داربست‌های طراحی شده نسبت به دیگری متخلل‌تر بود. برای تشویق نورون‌ها به رشد بیشتر در داخل ساختار این تخلل لازم بود. مشاهدات نشان داد که نورون‌ها توانستند در تمامی سطوح و تخلل‌های این داربرست نفوذ کنند. هدف بعدی این گروه طراحی یک الگو برای این داربست‌ها است که امکان آزمایش بیشتر روی بدن موش را فراهم کند.

این گروه همچنین روی طراحی مواد و ساختار جدید این داربرست‌ها برای بازده بهتر درمان زخم عصبی متمرکز هستند. پژوهشگران از پرهزینه بودن این فناوری نگران هستند، همچنین مشکل دیگر این است که ساخت یک داربست مناسب نیازمند چندین روز کار است. اما باید توجه داشت که نوپا بودن این فناوری نیز عامل مهمی است. در OIST این فناوری به واسطه خدمات ساخت در مقیاس نانو در بخش مهندسی مکانیک دانشگاه در دسترس است. در این مورد پروفسور Terenzio برای ساختار خاص OIST اعتبار زیادی قائل است چرا که امکان انجام پروژه‌های بین رشته‌ای به این شکل به خوبی فراهم می شود.


یک شانس دوباره برای راه رفتن بیماران آسیب نخاعی با اسکلت بیرونی
آزمایش موفق داروی جدید برای درمان آسیب نخاعی
چگونه میتوان پس از آسیب نخاعی دوباره راه رفت: روشهای درمانی و تجربه ها


منبع: oist-news

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *