به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از دانشگاه تهران، دانشمندان دانشکدگان علوم و فناوریهای میان رشته‌های دانشگاه تهران، موفق به طراحی و ساخت داربست‌های زیستی نوینی برای ترمیم آسیب‌های استخوانی شدند که با بهره‌گیری از فناوری‌های کربنی سنتز سبز و فناوری چاپ سه‌بعدی، گامی فناوری در جهت پزشکی ترمیمی شخصی‌سازی شده برداشته می‌شوند.

این پژوهش با سرپرستی مهدی رهایی جهان، عضو هیئت علمی دانش‌آموزان علوم و فناوری‌های میان‌رشته‌ای انجام می‌شود، یکپارچه برای توسعه نسل بعدی داربست‌های هوشمند ارائه می‌دهد که در آن، انرژی‌های کربنی به‌عنوان کلیدی، امکان مهندسی بافت‌های شخصی پاسخ‌های سلولی را فراهم می‌کنند.

رهایی جهرمی درباره انجام این پژوهش گفت: با توجه به رشد روزافزون جمعیت سالمند و افزایش آسیب‌های اسکلتی-عضلانی، نیاز به روش‌های نوین و کارآمد برای ترمیم نقایص استخوانی بیش از پیش احساس می‌شود. روش‌های سنتی استخوان استخوان با محدودیت‌هایی که می‌توانند به عنوان یک راهبرد حیاتی ساخته شده باشند، هستند. در این راستا، پروژه حاضر با طراحی و ساخت داربست‌های زیستی مبتنی بر پلی‌کاپرولاکتون (PCL) و نقاط کربنی (CD) به روش چاپ سه‌عدی، گامی در جهت رفع یکی از چالش‌های اساسی این حوزه است.

وی افزود: پلی‌کاپرولاکتون علیرغم مناسب در چاپ سه‌بعدی و بررسی سازمان غذا و داروی آمریکا، به دلیل ماهیت آب‌گریز و زیست‌خنثی، مواد مطلوب با سلول‌ها را محدود می‌سازد. در این پژوهش، پژوهشگران با الهام از محیط‌های پایدار و دوستدار محیط زیست، کربنی را با استفاده از روش هیدروترمال یک‌مرحله‌ای از دانه‌های سیاه‌دانه سنتز کردند. این نانوذرات دارای نانومتری، گروه‌های عاملی طعم‌دار، فلورسانس پایدار و قابل پخش عالی در آنها هستند که با ماتریس بسپاری مناسب می‌سازند. نقاط کربنی در یافت‌های مختلف از طریق روش اختلاط مذاب به ماتریس پلی کاپرولاکتون اضافه شدند و سپس داربست‌های کامپوزیتی با استفاده از چاپگر سه‌بعدی اکستروژن مذاب ساخته شدند. این روش ساخت افزایشی، امکان طراحی هندسه‌های پیچیده و تخلخل‌های کنترل‌شده را می‌آورد که برای نفوذ سلولی، انتقال مواد مغذی و نیاززایی است.

یکی ازاعضای هیئت علمی مهندسی علوم زیستی دانشکدگان دانش‌آموزان علوم و فناوری‌های میان رشته‌های دانشگاه تهران در ادامه توضیحات خود درباره نتایج پژوهشی به دست آمده از این تحقیق گفت: نتایج نشان داد که به مواد کربنی افزوده می‌شود، تغییرات قابل‌توجهی در ریخت‌شناسی و خواص سطح داربست می‌کند. با افزایش قطر رشته‌ها، اندازه ماکروحفره‌ها کاهش یافت و ریزتخل‌های سطحی به‌وضوح بر روی سطح داربست شکل گرفت. همچنین سطح زبری به میزان قابل‌توجهی افزایش یافت و زاویه آب کاهش پیدا می‌کند که نشان‌دهنده بهبود سطح آب‌دوستی به واسطه حضور گروه‌های عاملی قطبی کربنی است. این تغییرات، شرایط را برای جذب سطوح ماتریکس خارج سلولی و در نتیجه چسبندگی و گسترش سلولی فراهم می‌آورد.

وی افزود: همچنین ارزیابی مکانیکی داربست‌ها نشان داد که دارای ظرفیت کربنی است که باعث کاهش فشار می‌شود، اما در شرایط پایین، استحکام فشاری همچنان در محدوده قابل قبول برای استفاده‌های تحمل‌بار نسبی مانند ترمیم نقایص جمجمه، فک و مهره‌ها قرار دارد. به عبارت دیگر، با تغییر مواد کربنی، یک رابطه معاوضه‌ای قابل تنظیم بین خواص مکانیکی و زیست‌فعالی ایجاد می‌شود که امکان طراحی داربست با کاربرد بالینی را فراهم کند.

ارزیابی‌های زیستی بر روی سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از بافت انسان نشان می‌دهد که بخشی از سلول‌های کربنی را به‌صورتی، چسبندگی، تکثیر و تراکم سلولی را بهبود می‌بخشد. تصاویر میکروسکوپ فلورسانس، تولید یکنواخت سلول‌ها را در عمق داربست ارزیابی کرد که نشان‌دهنده نفوذپذیری عالی و زیست‌سازگاری مناسب داربست‌های کامپوزیتی است. این یافته‌ها نشان می‌دهند که کربنی‌های سنتز سبز، نه‌تنها به‌عنوان عامل‌کننده‌های بی‌اثر نمی‌شوند، بلکه به‌عنوان عوامل فعال زیستی، ریزمحی مساعد برای فعالیت‌های سلولی ایجاد می‌کنند.

وی در پایان گفت: دستاورد مهم این پژوهش، ارائه پیشنهادی نوین برای تنظیم مواد کربنی به‌عنوان یک طراحی کلیدی است که می‌تواند شخصی‌سازی داربست‌ها را برای استفاده از کاربردهای بالینی، از ترمیم نقایص استخوانی تا مهندسی بافت نرم، از یک داروی درمانی واحد می‌آورد. این یک همپارچه، زمینه را برای توسعه داربست‌های هوشمند نسل آینده که با تغییر ساده یک نانوپرکننده، پاسخ‌های سلولی متفاوت و مناسب با نیاز بیمار را القا می‌کنند، می‌سازند.

گفتنی است، این یافته‌ها برگرفته از پایان نامه دکترای فاطمه مساح، دانش‌آموخته رشته نانوبیوتکنولوژی دانشگاه تهران، با راهنمایی مهدی رهایی جهرمی از اعضای هیئت علمی دانشگاه تهران و الهه اسماعیلی از مرکز تحقیقات فناوری بن یاخته و مشاوره علی حسین رضایان به انجام رسیده است. نتایج این پژوهش در مجله پلیمرها و محیط زیست منتشر شده است. برای دسترسی به نتایج این پژوهش اینجا کلیک کنید.