محقق دانشگاه صنعتی اصفهان با همکاری پژوهشگران سوئدی در طرحی تحقیقاتی جهت بازسازی بافت مثانه اقدام به بررسی استفاده از داربست‌های پلیمری نموده است. این داربست‌ها به طور همزمان خواص مکانیکی و زیستی مطلوبی داشته و به دلیل برخورداری از بافت ریز شده‌ی مثانه به جای سلول، نیاز به استخراج و کشت سلولی را مرتفع می‌کند.
اصفهان: بازسازی بافت مثانه به کمک داربست‌های پلیمری
روش متداول بازسازی بافت مثانه، شامل استفاده از بخشی از روده‌ی بیمار به عنوان مثانه است. این روش نیاز به استفاده از داروهای تضعیف کننده‌ی سیستم ایمنی بدن ندارد. با این حال به دلیل خاصیت جذب کنندگی دیواره‌ی داخلی روده، برای بافت مثانه که در معرض مواد سمی ادرار است، مناسب نیست و منجر به مشکلات عدیده‌ای می‌گردد. از این رو نیاز به بهره‌گیری از داربست‌های مهندسی بافت خودنمایی می‌کند.
روش ارائه شده در این تحقیق شامل استفاده از بافت خرد شده‌ی دیواره داخلی مثانه است. عدم نیاز به استخراج سلول‌ها در محیط آزمایشگاه، سبب کاهش هزینه و افزایش سرعت آماده‌سازی داربست جهت کاشت در بدن موجود زنده خواهد شد. برای این منظور داربستی با ساختار هیبریدی از دو پلیمر طبیعی کلاژن و مصنوعی پلی لاکتیک-کو-گلایکولیک اسید (PLGA) به ترتیب جهت فراهم آوردن محیط مناسب رشد سلولی و کسب خواص مکانیکی مطلوب ساخته شده است. این داربست پتانسیل به‌کارگیری در سایر زمینه‌های مهندسی بافت را نیز دارد.
به گفته‌ی فاطمه اجل لوییان- دکترای مهندسی نساجی از دانشگاه صنعتی اصفهان، در روش‌های متداول مهندسی بافت مثانه، از کشت سلول‌های گرفته شده از دیواره‌ی داخلی و خارجی در سطوح داربست‌های پلیمری استفاده می‌شود. در این موارد، صرف نظر از نوع داربست استفاده شده و مشکلات احتمالی ساختاری و بیومکانیکی آن، فرایند استخراج، کشت و تکثیر سلول‌ها، پر هزینه و زمان بر است و بیمار بایستی دو بار تحت جراحی قرار گیرد.
وی در ادامه افزود: «بازسازی بافت مثانه بر پایه‌ی کشت مخاط خردشده‌ی مثانه بر روی یک داربست مناسب و کاشت فوری در داخل بدن موجود زنده، می‌تواند جایگزین مناسبی برای کشت داخل آزمایشگاه سلول‌های یوروتلیال باشد. با توجه به تفاوت شکل ساختاری بافت خردشده با سوسپانسیون سلولی لازم بود داربست مناسبی طراحی شود که بتواند بافت خرد شده را در خود جای دهد. همچنین پس از پیوند زدن، سلول‌های موجود در آن بتوانند به مرور زمان، از بافت دربرگیرنده‌ی آن‌ها مهاجرت کرده، رشد و تکثیر نموده و دیواره‌ی داخلی مثانه را بازسازی کنند.»
جهت انجام بررسی‌ها مجموعه‌ای به ترتیب شامل یک لایه ژل کلاژن (زیری)، PLGA، ژل کلاژن (رویی) حاوی بافت مخاط خرد شده و نهایتا توزیعی از بافت خرد شده مخاط مثانه بر روی سطح رویی ساخته شد. سپس این ساختار تحت عملیات پرس قرار گرفت تا آب اضافی تشکیل دهنده‌ی ژل کلاژن خارج گردد و یک ساختار منسجم لیفی “نانو (الیاف کلاژن شکل گرفته پس از پرس)/زیرمیکرون (الیاف PLGA)” حاصل گردد. با استفاده از این روش پیشنهادی و با به کارگیری نمونه‌های الکتروریسی دارای ظرافت‌های متفاوت (نانو الیاف تا میکروالیاف) در بین دو لایه ژل کلاژن می‌توان ساختارهای هیبریدی لیفی “نانو/نانو” تا “نانو/میکرون” که کاربردهای فراوانی در مهندسی بافت دارند ساخت.
نانوالیاف کلاژن ( قطر متوسط ۴۳ نانومتر) ساختاری شبیه به ماتریس خارج سلولی دارد. این نانوالیاف شرایط بهینه برای رشد و اتصال سلول‌های مهاجرت کننده از بافت خرد شده را ایجاد می‌کند. از سوی دیگر، الیاف PLGA با قطر متوسط ۷۰۵ نانومتر و تخلخل حدود ۹۰ درصد، علاوه بر کسب استحکام مکانیکی مطلوب، امکان رگ‌زایی و نفوذ شبکه اعصاب را فراهم می‌کند.
به گفته‌ی این محقق، در جریان الکتروریسی PLGA، شرایط به گونه‌ای بهینه گردیده تا در مقایسه با نمونه‌های متداول، دارای اندازه حفرات بزرگتر و میزان تخلخل بالاتری باشد. به این ترتیب فضای بازتری برای نفوذ کلاژن به داخل PLGA فراهم گردید تا یک ساختار منسجم و دارای قابلیت رگ زایی و نفوذ شبکه اعصاب حاصل گردد.
بر اساس آزمون خواص مکانیکی کششی، استحکام مکانیکی ساختار هیبریدی ساخته شده ۳/۵۷ مگاپاسکال است که در مقایسه با کلاژن پرس شده (۰/۶ مگاپاسکال) بسیار بالاتر است. بررسی‌های ساختاری و هیستولوژی داربست‌های کشت داده شده با بافت خرد شده و قرارگرفته در محیط کشت، در مقاطع زمانی ۲ و ۴ هفته انجام گرفته است. نتایج این بررسی نشان داده که ساختار سنتز شده، انسجام خود را پس از ۴ هفته همچنان حفظ نموده است. همچنین، مشاهده شد که سلول‌ها از بافت مخاط خرد شده مهاجرت نموده، رشد و تکثیر کرده و یک لایه‌ی سلولی متراکم پس از ۲ هفته و یک یوروتلیوم چند لایه پس از ۴ هفته بر روی سطح داربست شکل می‌دهند.
نتایج این کار تحقیقاتی که حاصل همکاری فاطمه اجل لوییان و همکارانش است، در مجله‌ی Biomaterials (جلد ۳۵، شماره ۲۲، سال ۲۰۱۴، صفحات ۵۷۴۱ تا ۵۷۴۸) منتشر شده است.
روش ارائه شده در این تحقیق شامل استفاده از بافت خرد شده‌ی دیواره داخلی مثانه است. عدم نیاز به استخراج سلول‌ها در محیط آزمایشگاه، سبب کاهش هزینه و افزایش سرعت آماده‌سازی داربست جهت کاشت در بدن موجود زنده خواهد شد. برای این منظور داربستی با ساختار هیبریدی از دو پلیمر طبیعی کلاژن و مصنوعی پلی لاکتیک-کو-گلایکولیک اسید (PLGA) به ترتیب جهت فراهم آوردن محیط مناسب رشد سلولی و کسب خواص مکانیکی مطلوب ساخته شده است. این داربست پتانسیل به‌کارگیری در سایر زمینه‌های مهندسی بافت را نیز دارد.
به گفته‌ی فاطمه اجل لوییان- دکترای مهندسی نساجی از دانشگاه صنعتی اصفهان، در روش‌های متداول مهندسی بافت مثانه، از کشت سلول‌های گرفته شده از دیواره‌ی داخلی و خارجی در سطوح داربست‌های پلیمری استفاده می‌شود. در این موارد، صرف نظر از نوع داربست استفاده شده و مشکلات احتمالی ساختاری و بیومکانیکی آن، فرایند استخراج، کشت و تکثیر سلول‌ها، پر هزینه و زمان بر است و بیمار بایستی دو بار تحت جراحی قرار گیرد.
وی در ادامه افزود: «بازسازی بافت مثانه بر پایه‌ی کشت مخاط خردشده‌ی مثانه بر روی یک داربست مناسب و کاشت فوری در داخل بدن موجود زنده، می‌تواند جایگزین مناسبی برای کشت داخل آزمایشگاه سلول‌های یوروتلیال باشد. با توجه به تفاوت شکل ساختاری بافت خردشده با سوسپانسیون سلولی لازم بود داربست مناسبی طراحی شود که بتواند بافت خرد شده را در خود جای دهد. همچنین پس از پیوند زدن، سلول‌های موجود در آن بتوانند به مرور زمان، از بافت دربرگیرنده‌ی آن‌ها مهاجرت کرده، رشد و تکثیر نموده و دیواره‌ی داخلی مثانه را بازسازی کنند.»
جهت انجام بررسی‌ها مجموعه‌ای به ترتیب شامل یک لایه ژل کلاژن (زیری)، PLGA، ژل کلاژن (رویی) حاوی بافت مخاط خرد شده و نهایتا توزیعی از بافت خرد شده مخاط مثانه بر روی سطح رویی ساخته شد. سپس این ساختار تحت عملیات پرس قرار گرفت تا آب اضافی تشکیل دهنده‌ی ژل کلاژن خارج گردد و یک ساختار منسجم لیفی “نانو (الیاف کلاژن شکل گرفته پس از پرس)/زیرمیکرون (الیاف PLGA)” حاصل گردد. با استفاده از این روش پیشنهادی و با به کارگیری نمونه‌های الکتروریسی دارای ظرافت‌های متفاوت (نانو الیاف تا میکروالیاف) در بین دو لایه ژل کلاژن می‌توان ساختارهای هیبریدی لیفی “نانو/نانو” تا “نانو/میکرون” که کاربردهای فراوانی در مهندسی بافت دارند ساخت.
نانوالیاف کلاژن ( قطر متوسط ۴۳ نانومتر) ساختاری شبیه به ماتریس خارج سلولی دارد. این نانوالیاف شرایط بهینه برای رشد و اتصال سلول‌های مهاجرت کننده از بافت خرد شده را ایجاد می‌کند. از سوی دیگر، الیاف PLGA با قطر متوسط ۷۰۵ نانومتر و تخلخل حدود ۹۰ درصد، علاوه بر کسب استحکام مکانیکی مطلوب، امکان رگ‌زایی و نفوذ شبکه اعصاب را فراهم می‌کند.
به گفته‌ی این محقق، در جریان الکتروریسی PLGA، شرایط به گونه‌ای بهینه گردیده تا در مقایسه با نمونه‌های متداول، دارای اندازه حفرات بزرگتر و میزان تخلخل بالاتری باشد. به این ترتیب فضای بازتری برای نفوذ کلاژن به داخل PLGA فراهم گردید تا یک ساختار منسجم و دارای قابلیت رگ زایی و نفوذ شبکه اعصاب حاصل گردد.
بر اساس آزمون خواص مکانیکی کششی، استحکام مکانیکی ساختار هیبریدی ساخته شده ۳/۵۷ مگاپاسکال است که در مقایسه با کلاژن پرس شده (۰/۶ مگاپاسکال) بسیار بالاتر است. بررسی‌های ساختاری و هیستولوژی داربست‌های کشت داده شده با بافت خرد شده و قرارگرفته در محیط کشت، در مقاطع زمانی ۲ و ۴ هفته انجام گرفته است. نتایج این بررسی نشان داده که ساختار سنتز شده، انسجام خود را پس از ۴ هفته همچنان حفظ نموده است. همچنین، مشاهده شد که سلول‌ها از بافت مخاط خرد شده مهاجرت نموده، رشد و تکثیر کرده و یک لایه‌ی سلولی متراکم پس از ۲ هفته و یک یوروتلیوم چند لایه پس از ۴ هفته بر روی سطح داربست شکل می‌دهند.
نتایج این کار تحقیقاتی که حاصل همکاری فاطمه اجل لوییان و همکارانش است، در مجله‌ی Biomaterials (جلد ۳۵، شماره ۲۲، سال ۲۰۱۴، صفحات ۵۷۴۱ تا ۵۷۴۸) منتشر شده است.
