مهندسی بافت؛ ابداع هیدروژل‌های چند کارکردی با الهام از تاندون طبیعی

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از «فیز»، در یک گزارش جدید که در نشریه «پیشرفت‌های علم» منتشر شده است، «مینگزی سان» و یک تیم تحقیقاتی در رشته فیزیک، مهندسی مکانیک و مهندسی برق و الکترونیک در هنگ‌کنگ چین، ابداع هیدروژل‌های چندکارکردی شبیه به تاندون ( tendon-mimetic) را از طریق سرهم کردن کامپوزیت‌های نانوفیبری آرامید (الیاف پلاستیکی بسیار سبک و محکم) گزارش کردند.

این هیدروژل‌های کامپوزیتی ناهمسانگرد (anisotropic composite hydrogels یا ACH) حاوی نانوفیبرها یا الیاف‌ نانو و پاره‌مولکول‌های (moieties ) الکلی پلی‌وینیل نرم هستند تا تراکنش‌های بیولوژیکی را تقلید کنند که بطور معمول در تاندون‌ها بین الیاف‌های کالوژن و پروئتوگلیکان (proteoglycans) روی می‌دهد.

این محققان سطوح این مواد را بطور زیستی با مولکول های فعال زیستی (bioactive ) کارکردپذیر کردند تا شباهت‌های رفتاری به اتصالات سلولی ایجاد کنند. به علاوه، این قطعات نرم بیوالکترونیک ادغام شده روی هیدروژل‌ها، چندین مزیت فیزیولوژیک را تسهیل کردند.

بر اساس کارکردپذیر بودن برجسته این مواد شبیه تاندون، این تیم کاربردهای گسترده‌تری برای این مواد در مهندسی پیشرفت بافت متصور شده است تا بتواند پروتزهای قابل کاشت (ایمپلنت) برای تراکنش‌های انسان-ماشین را شکل دهد. دانشمندان مواد برای ساخت مواد بیولوژیک پیشرفته برای دستگاه های پزشکی و پلتفرم‌های مهندسی بافت کار می‌کنند تا بتوانند ساختارهای بافت بیولوژیک طبیعی را از طریق مهندسی مواد تقلید کنند.

با این حال، ساختار بافت‌های طبیعی، خصوصیات مختلفی دارد که تقلید کردن آنها بطور مصنوعی دشوار است. ساختار تاندون بر ظرفیت‌های تحمل بار اسکلتی استوار است که از طریق تراکنش های دورویه (interfacial) به رفتارهای سلولی تبدیل می‌شود.

«سان» و همکارانش یک پلتفرم پیشرفته مواد برای این منظور ابداع کرده‌اند. در جریان آزمایش ها، آنها تراکنش‌های قابل تغییر بین پلیمرهای سخت و انعطاف پذیر برقرار کردند تا یک چارچوب مناسب برای تقلید تراکنش بین الیاف کولیژن و پروئتوگلیکان ایجاد کنند.

این تیم اتصالات گسترده‌ هیدروژنی بین دو ترکیب پلیمری اجرا کردند تا یک شبکه سه بُعدی با سختی بالا ایجاد کنند. آنها در مرحله بعد خصوصیات ساختای این پلیمر جدید و تاثیر آن بر رفتار سلولی را مطالعه کردند.

«سان» و همکاران به این ترتیب هیدروژل‌های شبیه تاندون را مهندسی کردند که برای کاربردهای پیشرفته مهندسی بافت مفید خواهد بود.