پیشرفت در ساخت بافت‌های مصنوعی

گروهی از محققان استرالیایی و کره‌ای ماده‌ی اسفنجی بسیار متخلخلی را توسعه داده‌اند که خواص مکانیکی آن بسیار شبیه خواص بافت‌های زیستی نرم است. این ماده ـ که شرح آن در مجله‌ی Angewandte Chemie آمده‌است ـ از یک شبکه‌ی مستحکم از رشته‌های DNA و نانولوله‌های کربنی تشکیل شده‌است.

برای تولید اجزا و بافت‌های مصنوعی، تولید موادی با خصوصیات نزدیک به نمونه‌های
طبیعی از اهمیت بسزایی برخوردار است. بافت‌های بدن انسان ترکیبی از خواص ویژه
(مانند نرمی و در عین حال استحکام بالا) دارد که ساخت مواد سنتزی را بسیار مشکل
کرده‌است.

بافت‌های نرم از قبیل تاندون‌ها، ماهیچه‌ها، شریان‌ها، پوست و… خاصیت مکانیکی
خود را از یک بستر خارج سلولی (یعنی شبکه‌ای از نانوالیاف مبتنی بر پروتئین) به
‌دست آورده‌اند. اشکال مختلف پروتئین‌ها در این بستر خارج‌ سلولی منجر به تولید
بافت‌هایی می‌شود که دارای سختی متفاوتی هستند.

اجزای مصنوعی ـ که از آنها در رشد بافت استفاده می‌شود ـ باید از مواد نرم و
متخلخل ساخته شده باشند که این مواد معمولأ بسیار ترد و شکننده هستند. از آنجا
‌که بسیاری از بافت‌های زیستی به‌طور مستمر در معرض فشارهای مکانیکی شدید قرار
دارند، اجزای کاشتنی باید از قابلیت انعطاف و ارتجاع‌پذیری قابل مقایسه‌ای با
نمونه‌های طبیعی برخوردار بوده و در عین حال استحکام خوبی هم داشته باشند.

در این تحقیق با استفاده از رشته‌های “DNA”، اسکلت‌های متشکل از نانولوله‌های
کربنی را در حضور یک مایع یونی به‌طور کامل پوشانده، به‌صورت یک شبکه ژلی
درمی‌آورند. ژل حاصل را می‌توان به‌وسیله‌ی ریسندگی مرطوب به‌صورت نخ و الیاف
سنتزی درآورد. الیاف به دست‌آمده پس از خشک شدن یک ساختار اسفنجی متخلخل دارند
که از شبکه‌ای از الیاف۵۰ نانومتری به هم بافته‌شده تشکیل شده‌اند. با خیس کردن
این الیاف در محلول کلرید کلسیم، اتصالات عرضی رشته‌های “DNA” و در نتیجه استحکام
الیاف بیشتر می‌شود.

الیاف اسفنجی به دست‌آمده شبیه الیاف کلاژن موجود در بافت‌های طبیعی است. این
الیاف را می‌توان گره زد، تابید یا به‌صورت پارچه بافت. مواد حاصل دارای خاصیت
ارتجاعی و نرمی بافت‌های طبیعی بوده، از استحکام بالایی نیز برخوردارند.

مزیت دیگر این مواد، هدایت الکتریکی بالای آنهاست که می‌توان از آنها در
الکترودهای مورد نیاز برای تحریک مکانیکی، ذخیره‌ی انرژی و حسگرها استفاده کرد؛
مثلاً محققان با استفاده از این مواد موفق به تولید حسگرهای پراکسید هیدروژن
شدند. نانولوله‌های کربنی فرایند اکسید شدن پراکسید هیدروژن را کاتالیز می‌کنند
که منجر به تولید یک جریان قابل اندازه‌گیری می‌شود. پراکسید هیدروژن نقش مهمی
در عملکرد قلب ایفا می‌کند. یک حسگر قوی با انعطافی نزدیک به ماهیچه‌های قلب،
می‌تواند در تحقیقات مربوط به بیماری‌های قلبی بسیار مفید باشد.