طراحی داربست نانوالیاف برای سلول‌های قلب

طراحی داربست نانوالیاف
0 70

داربست نانوالیاف

بیوفیزیک‌دانان موسسه فیزیک و تکنولوژی مسکو ساختار داربست نانوالیاف و تعامل آن با سلول‌های قلبی موش را بررسی کردند.

این مطالعه، که بخشی از تحقیقات مربوط به احیاء بافت قلب است، نشان داد که کاردیومیوسیت‌ها (سلول‌های ماهیچه‌ای قلب) در هنگام رشد نانوالیاف را می‌پوشانند؛ در حالی که فیبروبلاست‌ها (سلول‌های بافت همبند) تمایل دارند روی فیبرهای دارای چندین سایت کانونی گسترش یابند.

تصاویر میکروسکوپ روبشی هم‌کانون لیزری از یک کاردیومیوسیت (1) و یک فیبروبلاست قلبی (2).
تصاویر میکروسکوپ روبشی هم‌کانون لیزری از یک کاردیومیوسیت (1) و یک فیبروبلاست قلبی (2).

این مطالعه در آزمایشگاه بیوفیزیک سیستم‌های هیجان‌انگیز موسسه فیزیک و تکنولوژی مسکو و با همکاری محققان مرکز تحقیقات فدرال پیوند اعضا و ارگان‌های مصنوعی شوماکوف و انستیتوی بیوفیزیک نظری و تجربی آکادمی علوم روسیه انجام شد. این مقاله در مجله Acta Biomaterialia منتشر شده است.

شما همچنین می توانید مقالات زیر را مطالعه نمایید:

پروفسور کنستانتین آگلادس، رئیس آزمایشگاه بیوفیزیک سیستم‌های هیجان‌انگیز توضیح می‌دهد:

ما در استفاده از سه روش مستقل متوجه شدیم که در طول گسترش کاردیومیوسیت‌ها روی داربست نانوالیاف، آن‌ها از همه طرف به الیاف می‌پیچند و در اکثر موارد ساختار غلاف تشکیل می‌دهند؛ و برعکس فیبروبلاست‌ها دارای ساختاری سخت و منطقه تعاملی بسیار کمی با نانو الیاف‌ها هستند؛ به طوریکه الیاف را فقط از یک سمت لمس می کنند.

داروی احیاء‌کننده برای ترمیم یا جایگزینی سلول، بافت یا ارگان آسیب‌دیده یا از دست‌رفته انسانی به کار می‌رود.

اغلب، مهندسی بافت تنها راه بازگرداندن عملکرد قلب انسانی و بهبود آن است. ساخت قطعاتی برای قسمت‌های آسیب‌دیده قلب، بیشتر از اینکه به درک ویژگی‌های سلول‌های بافتی نیاز باشد، به مطالعه تعامل سلول با بستر خود، محلول اطراف و سلول‌های همسایه نیاز است.

به کار گرفتن داربست مناسب نیمی از راه است

نکته اساسی برای رشد، توسعه و تشکیل بافت، بستری است که سلول روی آن قرار می‌گیرد. داربست مورد استفاده در مهندسی بافت قلب، مبنی بر ماتریکسی از پلیمر نانوالیاف ساخته می‌شود.

نانو الیاف‌ها ممکن است از نظر خاصیت ارتجاعی و هدایت الکتریکی متفاوت باشند و یا دارای عملکرد هوشمند باشند بطوریکه بتوانند در مرحله خاصی، مولکول‌های فعال بیولوژیکی آزاد کنند.

نانوالیاف به منظور تقلید از اسکلت خارج سلولی، برای فراهم آوردن تکیه‌گاه ساختاری طراحی شده‌اند. علاوه بر این نانوالیاف می‌تواند به عنوان محیطی برای انتقال مواد به سلول‌های اطراف و القای تغییرات بیوشیمیایی به آن‌ها استفاده شود.

بنابراین مطالعه برهمکنش بین داربست و سلول‌های قلبی برای انتخاب نانوالیاف مناسب ضروری است. نانوالیاف مناسب باید به گونه‌ای باشد که ساختار مصنوعی آن بیشترین شباهت را به بافت زنده داشته باشد.

در زیر میکروسکوپ…

این تیم یک مطالعه سه مرحله‌ای برای تعیین ویژگی‌های ساختاری سلول‌های قلبی و نیز ماهیت تعامل آن‌ها با الیاف انجام دادند.

مقطع عرضی کاردیومیوسیت (1) که فیبر (2) را می‌پوشاند.
مقطع عرضی کاردیومیوسیت (1) که فیبر (2) را می‌پوشاند.

در گام اول، محققان ساختار کاردیومیوسیت‌ها و فیبروبلاست‌های رشدیافته روی بستر نانوالیاف را با استفاده از میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال مورد مطالعه قرار دادند: در این روش ریزترین بخش‌های سلول به صورت نقطه به نقطه اسکن می شوند که این امر امکان بازسازی ساختارهای سه‌بعدی را در محدوده میکرومتر فراهم می‌کند.

ساختار کاردیومیوسیت‌ها و فیبروبلاست‌ها (هسته و اجزای اسکلت سلول یوکاریوتی) و نیز الیاف، با آنتی‌بادی‌های فلورسنت رنگ‌آمیزی می‌شوند.

تصویر سه‌بعدی بدست‌آمده نشان داد که هر دو نوع سلول مورد مطالعه در امتداد الیاف قرار می‌گیرند و شکلی مانند دوک به وجود می‌آورند.

سپس نمونه‌های سلولی به قطعات ریزی عمود بر صفحه الیاف تقسیم شده و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) عکس‌برداری می‌شوند.

یک تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از مقطع عرضی یک فیبروبلاست (1) که با یک نانوالیاف منفرد (2) در حال برهمکنش است: N: هسته، er: شبکه آندوپلاسمی.
یک تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از مقطع عرضی یک فیبروبلاست (1) که با یک نانوالیاف منفرد (2) در حال برهمکنش است: N: هسته، er: شبکه آندوپلاسمی.

در طول مطالعه، یک پرتو الکترونی از قسمت‌های مختلف عبور می‌کند. یک پردازنده در پشت هر قسمت قرار دارد تا الکترون‌های عبوری را تشخیص دهد.

تعداد الکترون‌های عبوری صرفا به ضخامت نمونه بستگی ندارد، بلکه نشانگر خصوصیات ماده نیز هست.

جذب الکترونی ساختار‌های سلولی مختلف، متفاوت است. محققان دریافتند که کاردیومیوسیت‌ها، نانوالیاف را از همه طرف می‌پوشانند به طوریکه الیاف در میان سلول‌ها قرار می‌گیرد. با این حال الیاف توسط غشاء از سیتوپلاسم سلولی جدا می‌شوند.

نانوالیاف توسط کاردیومیوسیت‌ها احاطه شده‌است. مدل 3 بعدی با استفاده از برش‌نگاری نانو پروبی روبشی بازسازی شده‌است.
نانوالیاف توسط کاردیومیوسیت‌ها احاطه شده‌است. مدل 3 بعدی با استفاده از برش‌نگاری نانو پروبی روبشی بازسازی شده‌است.

فیبروبلاست‌ها الیاف را نمی‌بلعند، و فقط آن را از یک سمت لمس می‌کنند. علاوه بر این تصویر TEM نشان می‌دهد که هسته‌ی فیبروبلاست نسبت به سایر اجزای سلولی سخت‌تر است و این امر باعث می‌شود که فیبروبلاست‌ها کمتر انعطاف‌پذیر باشند و توانایی کشش آن‌ها در طول الیاف کاهش یابد.

این مطالعه و همچنین بررسی بیشتر مکانیسم‌های برهمکنشی سلول و بستره، امکان ساخت داربست نانوالیاف مطابق با ویژگی سلول‌ها، به صورت بافت احیاء‌کننده را فراهم می‌کند.

منبع موسسه فیزیک و تکنولوژی مسکو
مقاله Acta Biomaterialia

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.