مهندسی پزشکی زیستی
سال:1388 | دوره:3 | شماره:4 |تعداد مقالات:7

در این مطالعه سازوکاری برای کنترل مسیر حرکت جت نانوفیبرهای تولید شده در روش الکتروریسی به کمک میدان مغناطیسی ارائه و مدلسازی می گردد. در ابتدا مسیر جت با کمک تعدادی قطعه ویسکوالاستیک مدلسازی شد. با در نظر گرفتن نیروهای حاکم بر این سیستم و معادله تعادل اندازه حرکت و ویسکوالاستیک ماکسول مسیر حرکت سیال با کمک نرم افزار MATLAB با روش عددی رونگ کوتا مدل شد. پس از اطمینان از صحت عملکرد سیستم، رفتار آن در حضور میدان مغناطیسی در راستای حرکت جت مورد ارزیابی قرار گرفت. این میدان نیروی یکسانی در هر نقطه بر جت وارد می کند. با افزایش شدت میدان مغناطیسی عملا شعاع قاعده مخروطی شکل حرکت کاهش یافت. بر اساس این پژوهش مشخص شد که با داشتن سازوکار مناسب برای اعمال میدان مغناطیسی عملا می توان مسیر حرکت و راستای الیاف را تحت کنترل در آورد.

در برخی از مطالعات پیشین تاثیر فشار بر سلول های دیسک بین مهره ای (IVD) در شرایط مختلف بارگذاری دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. با وجود این، در بسیاری از این مطالعات فشار هیدروستاتیک در مقادیر پایین استفاده شده و مطالعات کمی تاثیر اعمال فشار بالا را با فرکانس های مختلف بر سلول های IVD گزارش نموده اند. در این پژوهش و در ادامه این مطالعات، به منظور بررسی فرضیه وابستگی تحریک سنتز کلاژن در این گروه از سلول ها به فشار هیدروستاتیک اعمالی و فرکانس آن، آزمایش هایی بر مبنای سیستم کشت تک لایه ای طرح ریزی شد. برای اعمال فشار هیدروستاتیکی، سلول های IVD به صورت کشت تک لایه ای در یک مخزن تحت فشار طراحی شده تحت بارگذاری دینامیکی قرار گرفتند. سلول ها از IVD ناحیه ستون مهره های کمر خوک تهیه شده و در فلاسک کشت سلولی رشد داده و پس از جدایش با تریپسین، در ظروف 35 mm کشت، بارگذاری شدند. سلول ها به مدت 3 و 7 روز (هر روز 20 دقیقه) تحت بارگذاری هیدروستاتیک سیکلی، با فشار و فرکانس های مختلف قرار گرفتند (به نمونه کنترل نیرویی اعمال نمی شود)، کلاژن درون سلولی با 3 [[H-proline در روز دوم و ششم بارگذاری، نشان گذاری شد. پس از بارگذاری، در روز سوم و هفتم، محیط کشت و سلول ها به طور جداگانه منجمد شدند. شمارش گر جرقه ای مقدار کلاژن سلول ها و کلاژن آزاد شده در محیط را تعیین نمود؛ این مقادیر به وسیله DNA نرمالیزه شدند. در این سیستم، اختلاف قابل ملاحظه ای در نتایج واکنش سلولی در شرایط مختلف بارگذاری (p<0.05) مشاهده شد. در مقایسه با نمونه های کنترل، مقدار کلاژن آزاد شده در نیروی بالا و فرکانس پایین (MPa5 و Hz1)، کاهش و در فرکانس بالا (MPa5 و Hz15)، افزایش یافت که نشان دهنده واکنش آنابولیکی در فشار بالا و پاسخ کاتابولیکی در فرکانس بالاست.

کارکرد حیاتی سلول های بدن به بارهای مکانیکی که این سلول ها تجربه می کنند؛ وابسته است. سلول ها بسته به شرایط مکانیکی محیط مجاور خود ریخت و شکل ویژه ای دارند. در مهندسی بافت، دستیابی به سلول های هم ریخت و همسو در اغلب موارد مطلوب است و روش های گوناگون برای این کار پیشنهاد شده است. به عنوان مثال، سلول پس از بارگذاری دوره ای، باریک تر می شود و به صورت دسته های همسو با زاویه ای مشخص نسبت به محور کشش قرار می گیرد. کشش استاتیک (ثابت) نیز تغییراتی در ریخت سلول، ماتریس برون سلولی، بیان آنزیم ها و ترشح ژن ها ایجاد می کند. در این تحقیق به بررسی نقش کشش استاتیک سلول ها در همسو نمودن آنها پرداخته شده است. به این منظور، سلول های مزانشیال روی بستر الاستیک کاشته شدند و تحت بارگذاری استاتیک قرار گرفتند. نتایج نشان داد که بارگذاری 10% پس از 24 ساعت رشته های اکتین در ساختار درون سلولی را همسو می کند. همچنین کشش 20% تاثیر قابل ملاحظه ای در همسو کردن سلول ها داشت.

داربست های مورد استفاده در مهندسی بافت باید علاوه بر عملکرد مناسب، متخلخل، زیست سازگار و زیست تخریب پذیر باشند. در این تحقیق، داربست های متخلخل کامپوزیتی PLGA/HA به روش تعویض حلال ساخته شده و با پلیمر سه قطعه ای روکش دهی و با نور UV استریل شدند. مشاهدات حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی حاکی از تشکیل ریزساختار متخلخل با اندازه حفرات حدود50 mm  و حفرات به هم پیوسته است. سلول های بنیادی مزانشیم انسانی بر روی داربست ها بذرافشانی شدند و سلول ها در داخل این ساختار به طور مطلوب چسبیدند. رنگ آمیزی فلورسانس با DAPI نشان دهنده چسبندگی سلول های مزانشیم به نمونه های دارای روکش و نفوذ سلول ها به داخل حفرات بود. همچنین، به منظور بررسی میزان تکثیر سلول ها روی داربست ها، آزمایش MTT روی آنها انجام شد و نشان داد که تعداد سلول های کشت شده روی داربست ها در مقایسه با نمونه های کنترل تفاوت معناداری ندارد. از نتایج به دست آمده استنباط می شود که داربست های روکش دار شده با پلیمر سه قطعه ای بستر مناسبی برای سلول های مزانشیم و روش به کار رفته روشی کارامد در ساخت داربست مهندسی بافت استخوان است.

امروزه «سلول درمانی» بر پایه انکپسولاسیون سلول ها، نویدی امیدبخش برای درمان بسیاری از بیماری ها به شمار می رود. فناوری انکپسولاسیون سلولی روشی است که در آن سلول های ترشح کننده عوامل درمانی درون حامل های پلیمری زیست سازگار تثبیت شده و دور از دسترس سیستم ایمنی، به بدن منتقل می شوند. هیدروژل ها دسته ای از مواد پلیمری آب دوست با ساختار شبکه ای هستند که حاوی مقادیر بالایی آب بوده و به دلیل زیست سازگاری مطلوب و تقلید ویژگی های طبیعی ماده زمینه خارج سلولی، دارای شاخص های ایدئال برای کاربرد در این زمینه اند. این دسته از مواد امکان اختلاط یکنواخت سلول ها، عوامل درمانی، فاکتورهای رشد را فراهم می کنند. هیدروژل های حساس به دما قادر به ایجاد حامل های سلولی پایدار در پاسخ به تغییرات دمایی هستند؛ از این رو به طور گسترده در کاربردهای انکپسولاسیون سلولی و مهندسی بافت به کار گرفته شده اند. هدف از این مطالعه، سنتز؛ ارزیابی و انتخاب ترکیبی بهینه از آگاروز و ژلاتین- دو بیوپلیمر ژل ساز حساس به دما- برای به کارگیری در انکپسولاسیون سلول هاست. علاوه بر تعیین نقطه ژلینگی، استحکام و پایداری نمونه ها تحت شرایط فیزیولوژیک از طریق بررسی تخریب پذیری و رهایش ژلاتین مورد ارزیابی قرار گرفت و چسبندگی سلولی و آزمون سمیت سلولی نیز بررسی شد. بر مبنای نتایج، هیدروژل با نسبت مشابه دو جزء (1:1)، دمای تبدیل ژل در حدود دمای بدن را نشان می دهد. نمونه های حاوی 50% یا بیشتر آگاروز پایداری مناسبی را در شرایط فیزیولوژیک فراهم نمودند. ارزیابی مکانیکی موید رفتار ویسکوالاستیک نمونه ها بوده هرچند با افزایش میزان ژلاتین، نمونه ها الاستیک تر رفتار می کنند. در بررسی زیست سازگاری، هیچ گونه سمیت سلولی مشاهده نشد؛ همچنین افزودن ژلاتین به آگاروز، خواص چسبندگی سلولی و زیست سازگاری را بهبود بخشیده است. هیدروژل ترکیبی ژلاتین- آگاروز با نسبت مشابه اجزا قابلیت کاربرد به عنوان حامل سلولی در انکپسولاسیون سلولی را داراست.

سرطان، اسکلت سلولی را دچار تغییر می کند و این تغییر با تاثیر بر مکانیک سلول توانایی آن را برای تغییر شکل تغییر می دهد و در نتیجه، قدرت حرکت سلول های سرطانی می تواند با سلول های سالم متفاوت بوده و باعث شود که آنها در طول بافت به جاهای مختلف بدن انسان مهاجرت کنند. در این تحقیق با ارائه مدل اجزای محدود معتبر برای یک سلول سرطانی آغاز می شود و سپس تاثیر تغییرات عوامل مختلف مانند ضخامت غشاء، الاستیسیته، کرنش وارد بر سلول و فرکانس بر نیروی عکس العمل یک سلول سرطانی بدخیم بررسی می شود. تحقیقات نشان می دهد تغییرات بیومکانیکی ایجاد شده در سلول سرطانی- که خود نتیجه تغییرات بیوشیمیایی در سلول است- اثرات قابل توجهی بر قابلیت تغییر شکل پذیری سلول دارد. در این مطالعه مشاهده شد که با افزایش الاستیسیته غشاء؛ افزایش نیروی عکس العمل و با افزایش فرکانس؛ افزایش نیروی عکس العمل و با افزایش ضخامت غشاء؛ کاهش نیروی عکس العمل و در نهایت با افزایش کرنش وارد از سوی مویرگ ها؛ افزایش نیروی عکس العمل را خواهیم داشت. همچنین چهار مدل ریاضی ساده برای بیان عددی این روابط ارائه شده است که امکان مقایسه نتایج یک سلول خوش خیم و یک سلول بدخیم را میسر ساخته اند.

طی دهه گذشته، استفاده از رویکرد زیست تقلیدی در ساخت جایگزین های بافتی مورد توجه محققان قرار گرفته است. در ساخت عمده داربست های مهندسی بافت استخوان نیز از نظر نوع مواد مصرفی و همچنین روش سنتز تلاش شده تا از این قاعده پیروی شود. در این مقاله سنتز نوعی فاز آپاتیتی در میان زمینه هیدروژل ژلاتین در شرایط زیست تقلیدی ارائه شده است. کامپوزیت حاصل طی فرایند خشک سازی انجمادی به صورت داربستی متخلخل برای بافت استخوان در آمد. به منظور مشخصه یابی محصول از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار بلورین از آزمون های طیف سنجی فروسرخ، پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شد. ریخت شناخت سطحی و هم چنین نحوه اتصال و رشد سلول های استخوانی روی سطح داربست، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان دادند که در شرایط زیست تقلیدی اعمال شده فاز آپاتیتی نانوبلورین با کریستالیت های به اندازه 10-7 nm در میان هیدروژل ژلاتین سنتز شده اند. داربست به دست آمده دارای 82% تخلخل با ابعاد حفرات 350-100 mm و ضریب ارتجاعی در محدوده استخوان اسفنجی بوده و کشت سلول های استخوانی روی داربست، حاکی از اتصال، مهاجرت و ترشح ماده زمینه خارج سلولی به وسیله آنها بوده است. بنابراین نتایج به دست آمده قابلیت بالقوه استفاده از داربست ساخته شده برای ترمیم بافت استخوان را تائید می کند.