به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دستیابی به کنترل رفتار سلولی و تشکیل الگو نیازمند درک مولکولی مکانیسم‌های تنظیمی است. شیب‌های بیوالکتریکی سبب رشد جنینی شده و به سلول‌های بنیادی سیگنال می‌دهند که سلول‌ها باید به چه نوع سلولی تبدیل شوند، به کجا سفر کنند، همسایگانشان باید چه کسانی باشند و چه ساختارهایی باید تشکیل دهند. شدت و مکان این سیگنال‌ها به عنوان داربست الکتریکی برای نقشه‌برداری عمل می‌کند. از ویژگی‌های تشریحی و هدایت توسعه بیوالکتریکی همچنین بازسازی بافت را شکل می‌دهد. استفاده از این مکانیسم‌ها برای محققانی که با چالش بازسازی اعصاب آسیب‌دیده دست و پنجه نرم می‌کنند، مورد توجه ویژه است. یکی از این تیم‌های کنجکاو از دانشگاه استنفورد و دانشگاه آریزونا اخیراً رویکرد جدیدی را با استفاده از هیدروژل‌های رسانای الکتریکی برای القای تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی انسان به نورون‌ها و الیگودندروسیت‌ها در شرایط آزمایشگاهی گزارش کرده‌اند.

کنترل شکل و عملکرد بافت و اندام با  علم مهندسی بافت

مهندسان زیستی در دستکاری سخت افزارهای بیولوژیکی، مولکول‌های حیات با وضوح بالاتر در مسیرهای بیوشیمیایی و رویدادهای درون سلولی ماهر شده اند. ولی هنوز توانایی ما برای کنترل نتایج در مقیاس بزرگ، برای تعمیر یا ایجاد آناتومی‌های کاربردی مطابق با مشخصات بافت اصلی، بسیار عقب است. این یک شکاف بزرگ در توانایی پزشکی ما است. زیرا کنترل منطقی شکل و عملکرد بافت و اندام در داخل بدن برای درمان نقایص مادرزادی و بیولوژی سرطان، و همچنین برای کاربردها در پزشکی احیاکننده و مهندسی زیستی مصنوعی کلیدی است. بنابراین ضروری است مطالعات به این سمت حرکت کنند.

هدف از انجام مطالعه

با توجه به اینکه گرادیان‌های الکتریکی برای فرآیندهای فیزیولوژیکی از جمله مهاجرت سلولی، تشکیل بافت، رشد اندام‌ها و پاسخ به آسیب و بازسازی، اساسی هستند. مدولاسیون الکتریکی فعلی سلول‌ها در درجه اول تحت یک میدان الکتریکی یکنواخت مطالعه می‌شود. در همین راستا در این مطالعه از پلیمرهای مختلف برای تعامل با سیستم عصبی استفاده شده است. پل جورج، دانشمند پزشک در دانشگاه استنفورد و یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: ما فکر می‌کنیم پنجره‌ای پس از آسیب وجود دارد که به نظر می‌رسد منعکس کننده رشد است. از آنجایی که بسیاری از رشد و تکوین‌ها توسط گرادیان‌ها و میدان‌های الکتریکی هدایت می‌شوند، ما سعی کردیم هیدروژلی ایجاد کنیم که دارای شیب‌هایی باشد که ممکن است در بدن در حال تکوین مشاهده کنید که می‌تواند سلول‌های بنیادی را برای تمایز راه‌های خاص یا تشکیل ساختارهای خاص راهنمایی کند.»

ویژگی‌های هیدروژل تولید شده

 هیدروژل‌ها یک ماده زیست سازگار محبوب برای مهندسان بافت هستند که سعی می‌کنند محیط طبیعی سلول‌ها را تقلید کنند. آنها حجم زیادی از آب را حفظ می‌کنند، سفتی و خواص سه بعدی آنها قابل کنترل است و می‌توان آنها را با پرکننده‌های رسانای الکتریکی بسته بندی کرد. نیشا ایر، مهندس زیست پزشکی در دانشگاه تافتس که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: « هیدروژل‌ها کاربردهای بالقوه زیادی برای پزشکی احیاکننده، مدل‌سازی آزمایشگاهی، و به طور بالقوه تولید زیستی دارند. این ایده که می‌توانید از میدان‌های الکتریکی و خواص مکانیکی سه بعدی برای تأثیرگذاری بر سلول‌های بنیادی بدون نیاز به استفاده از انواع مختلف مولکول‌های زیستی یا فاکتورهای رشد گران قیمت برای ایجاد تمایز استفاده کنید، بسیار انگیزه‌بخش است.»

شیوه مطالعاتی

جورج و تیمش الگوی تمایز خاصی را بسته به نزدیکی سلول‌های بنیادی به یکنواخت در مقابل میدان‌های الکتریکی متفاوت شناسایی کردند. سلول‌های مرکز هیدروژل در پاسخ به یک میدان الکتریکی ثابت به سمت دودمان اولیگودندروسیت متمایز می‌شوند، در حالی که سلول‌های اطراف تمایل داشتند در پاسخ به یک میدان الکتریکی با شدت کمتر و متغیر، به نورون‌ها متمایز شوند. مطالعه جورج منحصر به فرد است زیرا بیشتر مطالعات آزمایشگاهی بیوالکتریسیته برای بازسازی عصبی بر میدان های الکتریکی ساکن به جای شیب ها تمرکز دارند. کنترل فضایی شیب‌های الکتریکی این پتانسیل را دارد که از مواردی که در طول توسعه یافت می‌شوند تقلید کند و در مطالعات آینده به بازسازی عصبی پس از پیوند سلول‌های بنیادی کمک کند.

یافته‌های کسب شده از مطالعه

در اینجا ما ساخت هیدروژل‌های گرادیان رسانا (CGG) را نشان می‌دهیم که خواص مکانیکی و گرادیان‌های الکتریکی محلی متفاوت را با تقلید از شرایط فیزیولوژیکی نشان می‌دهند. CGGهای تحریک شده الکتریکی، زنده ماندن و اتصال سلول‌های بنیادی مزانشیمی انسان (hMSC) را افزایش دادند. سلول‌های روی CGGs تحت تحریک الکتریکی بیان بالایی از نشانگرهای پیش ساز عصبی مانند Nestin، GFAP و Sox2 را نشان دادند. مهمتر از همه، CGGها تمایز سلولی را به سمت دودمان الیگودندروسیت (Oligo2) در مرکز داربست نشان دادند، جایی که میدان الکتریکی با شدت بیشتری یکنواخت بود، در حالی که سلول‌ها نسب عصبی (NeuN) را در لبه داربست روی یک میدان الکتریکی متفاوت ترجیح دادند. داده‌های ما نشان می‌دهد که CGG ها می‌توانند به عنوان یک پلت فرم مفید برای مطالعه اثرات گرادیان‌های الکتریکی بر روی سلول‌های بنیادی و به طور بالقوه بینش‌هایی در مورد توسعه برنامه‌های کاربردی جدید مهندسی عصبی ارائه دهند.

پیوند سلول‌های بنیادی به‌علاوه هیدروژل‌

این یک مدرک خوب برای مطالعه اصولی است. من فکر می‌کنم قبل از اینکه بتوانیم عملاً در آزمایشگاه از آن استفاده کنیم، هنوز کمی کار اضافی مورد نیاز است.» اگرچه این کار مقدماتی است، اما اولین قدم مهم را برای مطالعات پیوند سلول‌های بنیادی در آینده به‌علاوه هیدروژل‌های گرادیان رسانا برمی‌دارد، که می‌تواند با سیستم عصبی آسیب‌دیده برای بهبود بالقوه بهبودی در تعامل باشد. جورج گفت: «این پلتفرم اولین تلاش ما برای کنترل آن شیب‌ها و درک بهتر نشانه‌های توسعه بود.» چیزهای زیادی وجود دارد که هنوز ناشناخته است و اگر بتوانیم ساعت را کمی به عقب برگردانیم، شاید بتوانیم به بیمارانی که آسیب عصبی محیطی یا سکته مغزی دارند کمک کنیم تا کمی بهتر شوند.

پایان مطلب/.