عضله مصنوعی: فناوری جدید لیزری بافت‌های واقعی انسانی را برای جایگزینی موش‌های آزمایشگاهی رشد می‌دهد
به آینده ای فکر کنید که در آن زخم‌ها سریع‌تر بهبود می‌یابند، بیماری‌ها مؤثرتر درمان می‌شوند و گوشت پرورده شده در آزمایشگاه به واقعیت نزدیک‌تر می‌شود. این آینده به لطف کار نوآورانه دکتر هاو لیو از ETH زوریخ، یک قدم نزدیک‌تر شده است.
لیو با استفاده از فناوری لیزری ساختارهای میکروسکوپی پیچیده‌ای را ایجاد می‌کند که معماری طبیعی بافت‌های انسانی را تقلید می‌کنند.
این ساختارها که از نوع خاصی از ژلاتین ساخته شده‌اند، به عنوان داربست برای رشد سلول‌ها عمل می‌کنند. با کنترل دقیق لیزر، لیو و تیم او می‌توانند میکروفیلامنت‌های با دقت بالا (ریشه های پروتئینی) ایجاد کنند. این فیلامنت‌ها ساختار دقیقی که در بافت‌هایی مانند عضلات، تاندون‌ها و اعصاب یافت می‌شود را تقلید می‌کنند.
برای این کار، محققان یک چاپگر زیستی فشرده ایجاد کرده‌اند تا بافت‌های بیولوژیکی با ساختارهای میکروفیلامنت را توسعه دهند. او اکنون در حال کار بر روی آوردن این فناوری به بازار است.
«هدف ما ایجاد مدل‌های بافت انسانی برای غربالگری دارو با توان بالا و سایر کاربردهاست،» لیو گفت.
ایجاد بافت‌های بیولوژیکی
بدن انسان از بافت‌های مختلفی تشکیل شده است که هر کدام دارای ساختارها و عملکردهای خاصی هستند. این بافت‌ها، مانند عضلات، تاندون‌ها، بافت پیوندی و بافت عصبی، ترتیب‌های سلولی سازمان‌یافته‌ای دارند. این سازماندهی برای عملکرد صحیح آن‌ها حیاتی است.
برای تقلید ساختارهای بافت طبیعی در آزمایشگاه، محققان داربست‌های سه‌بعدی را با استفاده از چاپگرهای زیستی ایجاد می‌کنند. این داربست‌ها به عنوان الگو برای رشد سلول‌ها عمل می‌کنند و در نتیجه بافتی با ساختار کامل ایجاد می‌شود.
بافت‌های مهندسی‌شده می‌توانند برای مقاصد مختلفی مانند جایگزینی جراحی، تحقیقات پزشکی و تولید غذا استفاده شوند. به طور جالبی، آن‌ها می‌توانند اعصاب آسیب‌دیده را ترمیم کنند، بیماری‌ها را برای آزمایش دارو مدل‌سازی کنند و گوشت پرورده شده در آزمایشگاه تولید کنند.
در این پژوهش، لیو ابتدا داربست‌های بافتی را چاپ کرده و سپس از روشی نوآورانه برای ایجاد فیلامنت‌های بسیار ریز و هماهنگ استفاده کرد.
او از یک ژلاتین حساس به نور استفاده کرد که در معرض نور لیزر از حالت مایع به جامد تبدیل می‌شود.
«جایی که با لیزر آن را در معرض قرار می‌دهیم، به هیدروژل سخت می‌شود. جایی که لیزر نمی‌توانند برسند، ژلاتین مایع باقی می‌ماند،» لیو گفت.
او موفق به ایجاد میکروفیلامنت‌هایی درون هیدروژل شد که از نظر اندازه با عناصر الیافی موجود در بافت‌های طبیعی قابل مقایسه است. سپس، او سلول‌ها را بر روی این داربست برای تولید ساختارهای بافتی هماهنگ کشت کرد.
پدیده پرتو لیزر
چاپگر زیستی سه‌بعدی نوری فلامینت‌دار (FLight) از یک پدیده نوری منحصر به فرد برای ایجاد ساختارهای میکروفیلامنتی هماهنگ در ماتریس هیدروژل استفاده می‌کند.
پرتوهای لیزر شدت نور ناهمگن دارند، با مناطق دارای انرژی بالا و پایین.
هنگامی که یک ماده حساس به نور به چنین پرتوهایی معرض شود، به طور ناهمگن سخت می‌شود و ساختارهای رشته‌مانندی موازی با فضای کانال مانند بین آن‌ها تشکیل می‌دهد.
این ساختارها، با قطرهایی در حدود 2 تا 20 میکرومتر، ترتیب طبیعی بسیاری از بافت‌های بدن را تقلید می‌کنند. هنگامی که سلول‌ها وارد این داربست‌ها می‌شوند، در طول کانال‌ها رشد می‌کنند و در نتیجه بافت‌های هماهنگ شده‌ای ایجاد می‌شوند.
«پدیده نوری که میکروساختارهای فیلامنتی را در ژل ایجاد می‌کند، مدت‌هاست که برای فیزیکدانان و دانشمندان مواد شناخته شده است. اما هنوز در زیست‌شناسی استفاده نشده بود؛ ما اولین هستیمِ» لیو گفت.
با استفاده از این روش چاپ، تیم قادر به تولید ساختارهای بافتی مشابه با عضله، تاندون، عصب و بافت غضروفي شده است. ETH زوریخ این فناوری را ثبت کرده است.
