آرتروز یا استئوآرتریت، بیماری‌ای است که باعث تحلیل برگشت‌ناپذیر غضروف هیالین در مفاصل شده و از مهم‌ترین دلایل درد مزمن و ناتوانی حرکتی در جهان به شمار می‌رود. در شرایط پیشرفته، تعویض کامل مفصل تنها راه درمان موجود است. اما پژوهشگران در تلاش‌اند روش‌هایی نوین برای بازسازی غضروف در آزمایشگاه بیابند که بتواند جایگزینی کارآمدتر و کمتر تهاجمی باشد.

به گزارش روز دوشنبه گروه علمی ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، تیمی از محققان با استفاده از ساختار سه‌بعدی زیست‌سازگار و رسانای کربنی موسوم به «فوم گرافن»، گامی مهم در مهندسی بافت غضروف برداشته‌اند.

گام نوین در مهندسی بافت غضروف؛ گفت‌وگوی الکتریکی با سلول‌ها روی بستر فوم گرافن

فناوری فوم گرافن در مهندسی بافت

فوم گرافن یک ساختار سه‌بعدی متخلخل است که علاوه بر سازگاری زیستی، ویژگی رسانایی الکتریکی دارد. این خصوصیات، فوم گرافن را به بستری ایده‌آل برای رشد سلول‌های غضروفی تبدیل کرده است.

در این پژوهش، محققان با کمک فناوری چاپ سه‌بعدی، بیوراکتورهای ویژه‌ای طراحی کردند که امکان تحریک الکتریکی کوتاه‌مدت و روزانه به سلول‌های کشت‌شده روی این بستر را فراهم می‌کند. این بیوراکتورها علاوه بر ارسال پالس‌های الکتریکی، قابلیت غوطه‌وری کامل داربست فوم گرافن در محیط کشت را نیز دارند که باعث اتصال بهتر سلول‌ها و رشد یکپارچه‌تر آن‌ها در فضای متخلخل فوم می‌شود.

اهمیت تحریک الکتریکی در رشد سلول‌های غضروفی

تحریک الکتریکی سلول‌های کشت‌شده، نقش کلیدی در بهبود خواص مکانیکی و رشد سلولی ایفا می‌کند. در این پژوهش، سلول‌های ATDC۵، که رده‌ای پیش‌ساز غضروفی از منشاء موش هستند و به عنوان مدل آزمایشگاهی مهندسی بافت غضروف به کار می‌روند، تحت تأثیر تحریک الکتریکی قرار گرفتند.

نتایج نشان داد که تحریک الکتریکی مستقیم این سلول‌ها منجر به بهبود چشمگیر خواص مکانیکی و افزایش رشد سلولی شده است؛ دو معیار کلیدی در تولید غضروف مصنوعی با کیفیت و کاربردی.

بیوراکتور ماژولار و کنترل دقیق فرایند

مونت ساویر، نویسنده اصلی مقاله، به یکی از چالش‌های مهم در زمینه تحریک الکتریکی سلول‌های بنیادی اشاره می‌کند: «دستیابی به تحریک‌های قابل تکرار و همزمان، همراه با نظارت دقیق بر شرایط الکتریکی و ارتباط آن با پاسخ‌های سلولی».

سیستم ارائه‌شده توسط این تیم، یک پلتفرم مقیاس‌پذیر و ماژولار است که امکان کنترل دقیق و داربست‌محور تحریک الکتریکی را فراهم می‌کند. این پیشرفت به پژوهشگران اجازه می‌دهد تا تأثیر سیگنال‌های الکتریکی بر شکل‌گیری و توسعه بافت‌ها را به دقت بررسی کنند و درک عمیق‌تری از فرآیندهای زیستی به دست آورند.

نقش کلیدی سیگنال‌های الکتریکی در بیولوژی سلولی

استاد دیوید استرادا از مدرسه مهندسی مواد مایکرون نیز درباره اهمیت این پژوهش می‌گوید: «این کار بینش‌های بنیادی جدیدی درباره نقش مواد و سیگنال‌های الکتریکی در ارتباط با سلول‌های بنیادی ارائه می‌دهد.»

او مفهوم «الکتروبایوم انسان» را اینگونه تعریف می‌کند: «نقش بار و جریان‌های الکتریکی در مقیاس‌های مختلف بر سرنوشت سلول‌ها و عملکرد نهایی بافت‌ها.» درک این نقش‌ها می‌تواند مسیر را برای توسعه درمان‌های نوین و بهبود کیفیت زندگی بیماران هموار کند.

گستردگی و هزینه‌های بیماری آرتروز

بیماری آرتروز یکی از اصلی‌ترین عوامل ناتوانی و درد در جهان است. بیش از ۵۹۵ میلیون نفر در سراسر جهان به این بیماری مبتلا هستند؛ رقمی که نسبت به سال ۱۹۹۰ بیش از دو برابر شده است.

بار اقتصادی این بیماری بسیار سنگین است. هزینه‌های مراقبت درمانی، کاهش بهره‌وری و ناتوانی ناشی از آرتروز سالانه بیش از ۴۶۰ میلیارد دلار برآورد می‌شود. در ایالات متحده، هزینه‌های مستقیم و غیرمستقیم این بیماری بیش از ۶۵ میلیارد دلار در سال است و بیش از یک میلیون جراحی تعویض مفصل هر سال انجام می‌شود.

چشم‌اندازهای آینده و مراحل بعدی پژوهش

گام بعدی این تیم تحقیقاتی، آزمایش پلتفرم طراحی‌شده بر روی سلول‌های بنیادی انسانی است. این مرحله کلیدی می‌تواند نزدیک‌تر شدن به درمان‌های واقعی مبتنی بر بازسازی غضروف را ممکن سازد.

این پژوهش نمونه برجسته‌ای از همگرایی فناوری‌های نوظهوری مانند نانو مواد، تحریک الکتریکی و مهندسی بافت است که امید تازه‌ای برای میلیون‌ها بیمار مبتلا به آرتروز در سراسر جهان به ارمغان خواهد آورد.

نتیجه‌گیری

پژوهش حاضر نشان می‌دهد که استفاده از فوم گرافن به عنوان داربستی زیست‌سازگار و رسانا در ترکیب با تحریک الکتریکی می‌تواند به طور مؤثری رشد و بهبود خواص سلول‌های غضروفی را تقویت کند. این فناوری می‌تواند تحولی در درمان بیماری‌های مرتبط با تحلیل غضروف ایجاد کند و امیدهای تازه‌ای برای بیماران به همراه داشته باشد.

همچنین، طراحی بیوراکتور ماژولار و کنترل دقیق فرایندهای الکتریکی، امکان بررسی‌های عمیق‌تر و توسعه کاربردهای مهندسی بافت را فراهم کرده است.

پرسش‌های متداول

سوال ۱: فوم گرافن چه ویژگی‌هایی دارد که برای مهندسی بافت غضروف مناسب است؟
فوم گرافن ساختاری سه‌بعدی، متخلخل، زیست‌سازگار و رسانا است که باعث رشد بهتر سلول‌ها و انتقال بهتر تحریک‌های الکتریکی می‌شود.

سوال ۲: نقش تحریک الکتریکی در رشد سلول‌های غضروفی چیست؟
تحریک الکتریکی باعث افزایش رشد سلولی و بهبود خواص مکانیکی سلول‌ها می‌شود که برای تولید غضروف مصنوعی با کیفیت حیاتی است.

سوال ۳: بیماری آرتروز چه تاثیری بر جامعه دارد؟
آرتروز یکی از شایع‌ترین بیماری‌های ناتوان‌کننده است که میلیون‌ها نفر را درگیر کرده و بار اقتصادی و اجتماعی بسیار سنگینی دارد.

امضای تفاهم‌نامه همکاری بین پژوهشگاه فضایی

کاهش نرخ جمعیت جوان

بازدید وزیر کشور از نیروگاه زباله‌سوز ساری

انتخاب ایران به‌عنوان نایب‌رئیس دوم سازمان