داربست نانولیفی PCL برای سلول‌های بنیادی چشم؛ دستاورد پژوهشگران ایرانی در مهندسی بافت

تولید نانو‌داربست برای رشد سلول‌های بنیادی چشم در ایران؛ گامی در مسیر مهندسی بافت و پزشکی بازساختی

پیشرفت در مهندسی بافت (Tissue Engineering) و پزشکی بازساختی (Regenerative Medicine) در سال‌های اخیر، افق‌های تازه‌ای برای بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده گشوده است. یکی از محورهای مهم این حوزه، طراحی داربست‌های زیستی (Biological Scaffolds) است؛ ساختارهایی سه‌بعدی که می‌توانند محیطی مناسب برای چسبندگی، بقا، تکثیر و در برخی شرایط تمایز سلول‌ها فراهم کنند.

در همین راستا، گروهی از پژوهشگران ایرانی از دانشگاه شهید چمران اهواز و دانشگاه علوم پزشکی تهران، یک داربست نانولیفی پلیمری را برای بررسی قابلیت رشد سلول‌های بنیادی چشم تولید و ارزیابی کرده‌اند؛ پژوهشی که در آن، دو روش مهم ساخت داربست، یعنی الکتروریسی (Electrospinning) و ریخته‌گری (Casting)، با یکدیگر مقایسه شده‌اند.

چرا نانوالیاف در مهندسی بافت اهمیت دارند؟

بافت‌های بدن در مقیاس‌های مختلف دارای سازمانی پیچیده و سلسله‌مراتبی هستند و ماتریکس خارج سلولی (Extracellular Matrix; ECM) تنها یک چارچوب مکانیکی ساده محسوب نمی‌شود؛ بلکه مجموعه‌ای از پیام‌های فیزیکی و زیستی را در اختیار سلول‌ها قرار می‌دهد و می‌تواند بر رفتار آنها تأثیر بگذارد.

از این منظر، طراحی داربست‌هایی با ساختار نانومتری اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. داربست‌های نانولیفی (Nanofibrous Scaffolds) می‌توانند شبکه‌ای از الیاف در مقیاس نانو ایجاد کنند که از نظر معماری، تا حدی ویژگی‌های ساختاری محیط خارج سلولی را شبیه‌سازی می‌کند. وجود منافذ و شبکه درهم‌تنیده الیاف می‌تواند شرایط متفاوتی را برای چسبندگی سلولی، مهاجرت سلولی، تکثیر سلولی، مورفولوژی و سازمان‌یافتگی سلول‌ها فراهم کند.

این ویژگی‌ها تنها به بافت چشم محدود نیستند و در پژوهش‌های مختلف مهندسی بافت عصبی (Neural Tissue Engineering) نیز مورد توجه قرار گرفته‌اند؛ زیرا سلول‌های عصبی و سلول‌های پشتیبان دستگاه عصبی برای رشد و عملکرد مناسب به محیط میکروسکوپی پیچیده‌ای وابسته‌اند.

مقایسه الکتروریسی و ریخته‌گری

در این مطالعه، دو نوع داربست پلیمری از جنس پلی‌کاپرولاکتون (Polycaprolactone; PCL) با استفاده از دو روش الکتروریسی و ریخته‌گری تهیه شدند.

الکتروریسی یکی از فناوری‌های پرکاربرد برای تولید الیاف بسیار ظریف از محلول یا مذاب پلیمر است. در این فرایند، میدان الکتریکی موجب کشیده‌شدن ماده پلیمری و تشکیل الیاف با قطرهای بسیار کوچک می‌شود. حاصل این فرایند می‌تواند شبکه‌ای متخلخل و نانولیفی ایجاد کند که برای کاربردهای مختلف در زیست‌مواد (Biomaterials) و مهندسی بافت مورد بررسی قرار می‌گیرد.

در مقابل، روش ریخته‌گری (Casting) بر شکل‌دهی ماده پلیمری در قالب مشخص استوار است و می‌تواند ساختار متفاوتی از نظر مورفولوژی و معماری داخلی ایجاد کند.

هدف پژوهشگران، مقایسه این دو روش از نظر ویژگی‌های ساختاری و توانایی داربست‌ها در فراهم‌کردن شرایط مناسب برای بقا، چسبندگی و تکثیر سلولی بود.

چرا PCL انتخاب شد؟

پلی‌کاپرولاکتون (PCL) یک پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر است که در پژوهش‌های مهندسی بافت به دلیل ویژگی‌هایی مانند قابلیت شکل‌دهی، پایداری مناسب و امکان تولید ساختارهای مختلف مورد توجه قرار گرفته است.

در چنین مطالعاتی، صرفاً جنس ماده اهمیت ندارد؛ بلکه مورفولوژی سطح، اندازه و پیوستگی الیاف، تخلخل، معماری سه‌بعدی و تعامل سلول–داربست نیز می‌توانند رفتار سلولی را تحت تأثیر قرار دهند. به همین دلیل، مقایسه روش‌های مختلف ساخت یک پلیمر مشابه می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره رابطه میان ساختار داربست و پاسخ سلولی فراهم کند.

داربست سه‌بعدی؛ نزدیک‌تر به محیط طبیعی سلول

یکی از نکات مهم در این حوزه، تفاوت میان کشت دوبعدی سلول‌ها (2D Cell Culture) و کشت سه‌بعدی (3D Cell Culture) است. در محیط دوبعدی، سلول‌ها عمدتاً روی یک سطح رشد می‌کنند؛ در حالی که داربست‌های سه‌بعدی می‌توانند تعاملات فضایی پیچیده‌تری را میان سلول و محیط اطراف آن ایجاد کنند.

به همین دلیل، داربست‌های نانولیفی به‌عنوان بستری برای مطالعه رفتار سلولی و توسعه رویکردهای پزشکی بازساختی مورد توجه قرار گرفته‌اند. معماری این داربست‌ها می‌تواند بر جهت‌گیری، شکل، چسبندگی، مهاجرت، تکثیر و در شرایط مناسب، تمایز سلول‌ها اثرگذار باشد.

در پژوهش حاضر نیز عملکرد داربست‌ها برای رشد سلول‌های بنیادی چشم مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج نشان داد داربست‌های ساخته‌شده به روش الکتروریسی، در مقایسه با داربست‌های حاصل از روش ریخته‌گری، عملکرد مطلوب‌تری در شاخص‌های بررسی‌شده نشان می‌دهند.

اهمیت این پژوهش برای آینده پزشکی بازساختی

اهمیت چنین مطالعاتی صرفاً در ساخت یک داربست جدید خلاصه نمی‌شود. توسعه زیست‌مواد پیشرفته، داربست‌های نانوساختار، سلول‌های بنیادی و سامانه‌های کشت سه‌بعدی بخشی از مسیر گسترده‌ای است که پژوهشگران برای بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده دنبال می‌کنند.

برای متخصصان علوم اعصاب (Neuroscience) و نورولوژی (Neurology) نیز مفهوم داربست‌های نانوساختار از منظر دیگری اهمیت دارد؛ زیرا طراحی محیط‌های مصنوعی شبیه به ماتریکس خارج سلولی، یکی از موضوعات مورد توجه در پژوهش‌های مرتبط با بازسازی و سازمان‌یافتگی بافت عصبی است. البته نتایج یک مطالعه درباره سلول‌های بنیادی چشم را نباید مستقیماً به درمان بیماری‌های عصبی یا بازسازی مغز تعمیم داد؛ بلکه ارزش اصلی آن در توسعه دانش مربوط به تعامل سلول و زیست‌ماده و طراحی محیط‌های مناسب برای رشد سلولی است.

این پژوهش حاصل همکاری دکتر الهام حویزی از دانشگاه شهید چمران اهواز، دکتر سمیه ابراهیمی باروق از دانشگاه علوم پزشکی تهران، دکتر شیما توکل از دانشگاه علوم پزشکی ایران و دکتر محمد نبیونی از دانشگاه خوارزمی تهران است و نتایج آن در مجله Journal of Biomedical Materials Research Part A منتشر شده است.

جمع‌بندی

تولید داربست‌های نانولیفی PCL با روش الکتروریسی و مقایسه آن با داربست‌های ساخته‌شده به روش ریخته‌گری، نمونه‌ای از تلاش پژوهشگران ایرانی برای توسعه فناوری‌های نوین در حوزه مهندسی بافت، سلول‌های بنیادی، نانوفناوری پزشکی، زیست‌مواد و پزشکی بازساختی است. چنین پژوهش‌هایی می‌توانند به درک بهتر رابطه میان معماری داربست، ریزمحیط سلولی و رفتار سلول‌ها کمک کنند؛ دانشی که در آینده می‌تواند در طراحی نسل‌های پیشرفته‌تر داربست‌های زیستی برای کاربردهای مختلف پزشکی مورد استفاده قرار گیرد.