فهرست مطالب
محققان برای اولین بار بافت‌های مغز مصنوعی را در آزمایشگاه ساختند و در حال توسعه شبکه‌ای از مینی‌ارگان‌ها هستند تا رفتار بافت‌های بدن انسان را شبیه‌سازی کنند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، مهندسی بافت سه‌بعدی تلاش می‌کند محیط پیچیده مغز، یعنی ماتریکس خارج سلولی را شبیه‌سازی کند؛ محیطی که رشد، توسعه و اتصال درست سلول‌های عصبی را هدایت و سیگنال‌هایی را منتقل می‌کند که رفتار و تعامل سلول‌ها را تعیین می‌نماید. مدل‌های سه‌بعدی مهندسی‌شده بافت، توانایی شبیه‌سازی ساختار و عملکرد پیچیده مغز را دارند، اما بازتولید جزئیات ظریف مغز در آزمایشگاه هنوز چالشی بزرگ است، چرا که روش‌های کنونی اغلب نمی‌توانند ریزه‌کاری‌های تعیین‌کننده رفتار سلول‌ها را بازسازی کنند.
دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید برای اولین بار بدون نیاز به مواد حیوانی یا پوشش‌های بیولوژیک، موفق به تولید بافت کاربردی شبیه مغز شده‌اند. این فناوری نوآورانه که «سیستم مهندسی متخلخل یکپارچه بیجل» (BIPORES) نامیده می‌شود، یک پلتفرم کاملا مصنوعی برای مهندسی بافت عصبی فراهم می‌کند. این دستاورد می‌تواند به شکل چشمگیری استفاده از مغز حیوانات در تحقیقات را کاهش دهد و حتی به طور بالقوه حذف کند، که در راستای تلاش‌های FDA آمریکا برای کنار گذاشتن آزمایش‌های حیوانی در توسعه داروها قرار دارد.
بافت‌های مغز مصنوعی از چه موادی تشکیل شده‌اند؟
مواد جدید بیشتر از پلی‌اتیلن گلیکول (PEG)، یک پلیمر خنثی شیمیایی ساخته شده است. PEG به تنهایی برای سلول‌ها مانند تفلون عمل می‌کند و سلول‌ها به راحتی از آن جدا می‌شوند، بنابراین معمولا برای نگه داشتن سلول‌ها به سطح، نیاز به پروتئین‌هایی مانند: لامینین یا فیبرین است. دانشمندان پیش‌تر با روش STrIPS قادر به تولید پیوسته ذرات، فیبرها و فیلم‌های کوچک با ساختار داخلی اسفنج‌مانند بودند، اما ضخامت این مواد تنها تا حدود ۲۰۰ میکرومتر محدود بود، چرا که حرکت مولکول‌ها در حین شکل‌گیری محدودیت ایجاد می‌کرد.
بخوانید: ساخت دستگاه تصویربرداری مینیاتوری برای مشاهده لحظه ای فعالیت های مغزی
محققان برای رفع این محدودیت، سیستم BIPORES را توسعه دادند؛ سیستمی که اشکال فیبری بزرگ را با الگوهای پیچیده منافذ ترکیب می‌کند و از ژل‌های امولسیونی دوپیوسته و متراکم‌شده (bijels) با سطح داخلی نرم و زین‌مانند الهام گرفته است. فیبرهای BIPORES از محلول ژل‌مانند PEG ساخته، به شبکه‌ای متخلخل تبدیل و با نانوذرات سیلیکا تثبیت می‌شوند تا ساختاری پایدار و کاربردی برای مهندسی بافت عصبی فراهم شود.
حتما بخوانید: این نورون‌های مصنوعی رفتار الکتروشیمیایی سلول های مغز را بازآفرینی می کنند
بیشتر بخوانید: ساخت یک نورون مصنوعی جدید که فعالیت مغز را تقلید می کند
محققان با بهره‌گیری از یک سیستم میکروفلوئیدیک سفارشی و پرینترهای زیستی، سازه‌های سه‌بعدی با منافذ لایه‌ای و به هم متصل ایجاد کردند که امکان انتقال آزادانه مواد مغذی و ضایعات را فراهم می‌نماید و رشد عمیق سلولی را پشتیبانی می‌کند. آزمایش با سلول‌های بنیادی عصبی نشان داد که این ماده باعث چسبندگی قوی سلول‌ها، رشد بهینه و حتی تشکیل اتصالات عصبی فعال می‌شود. پرینس دیوید اوکورو، نویسنده اصلی تحقیق تاکید کرد که پایداری این داربست امکان انجام مطالعات بلندمدت را فراهم می‌کند، که موضوعی حیاتی برای بررسی عملکرد واقعی سلول‌های بالغ مغز در بیماری‌ها و آسیب‌های مرتبط محسوب می‌شود.
داربست با مخلوطی ویژه از PEG، اتانول و آب ساخته شد. PEG با آب به سختی مخلوط می‌شود و رفتار روغنی دارد، در حالی که اتانول فرایند ترکیب را هموار می‌کند. این ترکیب از لوله‌های شیشه‌ای ریز عبور داده شد و با برخورد به جریان آب و یک فلش نوری سریع، ساختاری اسفنج‌مانند با منافذ ریز شکل گرفت که اکسیژن و مواد مغذی را به سلول‌های بنیادی منتقل می‌کند.
ایمان نوشادی، استادیار مهندسی زیستی دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید توضیح داد: «این داربست به سلول‌ها امکان رشد، سازماندهی و برقراری ارتباط در خوشه‌های شبیه مغز را می‌دهد.» در حال حاضر عرض داربست دو میلی‌متر است، اما تیم پژوهشی در حال افزایش ابعاد آن است و مقاله‌ای نیز برای بررسی کاربرد این روش در بافت کبد ارائه شده است.
چشم‌انداز بلندمدت
چشم‌انداز بلندمدت محققان، ایجاد شبکه‌ای از مینی‌ارگان‌های آزمایشگاهی است که همانند سیستم‌های واقعی بدن انسان با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. هدف آنها توسعه مدل‌هایی است که هم پایدار و ماندگار باشند و هم به اندازه دستاورد در مهندسی بافت مغز مصنوعی، عملکرد واقعی ارائه دهند. ایمان نوشادی توضیح داد: «یک سیستم به هم پیوسته این امکان را فراهم می‌کند تا ببینیم بافت‌های مختلف چگونه به یک درمان مشابه پاسخ می‌دهند و چگونه اختلال در یک ارگان می‌تواند روی سایر ارگان‌ها تاثیر بگذارد.» این گام مهمی در مسیر درک یکپارچه زیست‌شناسی و بیماری‌های انسان است.
با نگاه به تقلید از طبیعت، این روش تولید لایه‌لایه، رفتار واقعی بافت مغز را بهتر بازسازی می‌کند و آن را به ابزاری قدرتمند برای مطالعه بیماری‌ها، آزمون داروهای نوین و حتی طراحی درمان‌های آینده برای ترمیم یا جایگزینی بافت عصبی آسیب‌دیده تبدیل می‌کند.
مطالعه جدید در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.
