فناوری جدید بیوفکراسیون 4 بعدی نویدبخش مهندسی بافت و بهبود زخم است

توسط کریستین دس گارنس، دانشگاه ایلینوی در شیکاگو

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

اگر تا به حال با تا کردن، بریدن و باز کردن یک تکه کاغذ یک دانه برف درست کرده اید، هنر کیریگامی را تمرین کرده اید. مانند اوریگامی، کیریگامی الهام‌بخش نوآوری‌هایی بسیار فراتر از کلاس مدرسه ابتدایی است، با کاربردهایی از ساختارهای قابل استقرار برای فضاپیماها تا نیمه‌رساناها.

محققان کالج مهندسی دانشگاه ایلینوی شیکاگو از استراتژی‌های کیریگامی برای تولید اشکال پیچیده استفاده کرده‌اند که اشکال بافت موجود در بدن انسان را تقلید می‌کنند. کار آنها پیامدهایی برای مهندسی بافت و بهبود زخم دارد.

مقاله "استراتژی 4 بعدی بیوکیگامی برای انحناهای بافت پیچیده مهندسی" در Cell Biomaterials منتشر شد. نویسندگان شامل Kaelyn L. Gasvoda، Aixiang Ding، Zhangli Peng، Alexandria Sterenberg، Oju Jeon و Eben Alsberg بودند.

در سال‌های اخیر، محققان پتانسیل کیریگامی را در فناوری پوشیدنی، اپتیک و تعداد فزاینده‌ای از حوزه‌های دیگر بررسی کرده‌اند. تکنیک های آن به مواد مسطح و سفت ویژگی های کشش و انعطاف پذیری جدیدی می دهد. مواد همچنین می توانند بدون تغییر ترکیبشان تغییر شکل دهند.

گاسودا، فارغ التحصیل UIC در سال 2024، گفت: اما پتانسیل کریگامی به راحتی در مهندسی بافت یا با مواد نرم و ژل مانندی که بتواند سلول های زنده را در خود نگه دارد، کشف نشده است. او دکترای خود را به دست آورد. در مهندسی زیست پزشکی و اکنون محقق فوق دکتری در کلینیک مایو است.

در آزمایشگاه پروفسور UIC آلسبرگ، که بر توسعه استراتژی‌ها و فن‌آوری‌های نوآورانه برای ترمیم و بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده یا بیمار در بدن انسان تمرکز دارد، Gasvoda، Ding و سایر اعضای تیم تحقیقاتی شروع به ساخت سازه‌هایی کردند که برای تغییر شکل آنها در طول زمان مهندسی شده بودند. از طریق تغییر شکل های برنامه ریزی شده، این سازه ها می توانند به ساختارهای بافت مانند با هندسه های دقیق و بدون نیاز به دستکاری اضافی توسط محققان تبدیل شوند.

گاسودا گفت: "این هیجان انگیز بود، اما ما می خواستیم بیشتر پیش ببریم - برای ایجاد اشکال پیچیده تر با خود الگوسازی و خم شدن کنترل شده. هدف ما طراحی ساختارهایی بود که بتوانیم دقیقا نحوه شکل گیری و تغییر شکل آنها را راهنمایی کنیم."

دینگ، دانشیار پژوهشی، می گوید: «هندسه های پیچیده در مهندسی بافت مهم هستند، زیرا بافت های انسانی دارای اشکال پیچیده و سه بعدی هستند که ارتباط نزدیکی با عملکرد آنها دارند. این تیم بر روی بافت‌های مهندسی با معماری‌های پیچیده، از جمله بافت‌های غضروف، استخوان، تراشه و عروق، با هدف بازسازی ساختارها و عملکردهای بومی آن‌ها تمرکز می‌کند.

Gasvoda گفت: "رویکردهای متعارف مهندسی بافت برای بازتولید برخی از این ساختارها، به ویژه آنهایی که دارای انحنای پیچیده و سایر ویژگی های پیچیده هستند، دچار مشکل شده اند." ما شروع به کاوش در روشی متفاوت برای برنامه‌ریزی سازه‌ها برای تغییر شکل‌هایشان در طول زمان کردیم که به ما امکان می‌دهد هندسه‌های بافتی ایجاد کنیم که در غیر این صورت دستیابی به آن دشوار بود.»

دینگ گفت، هدف محققان طراحی ساختارهایی با چارچوب بیرونی سفت و سخت بود که شکل خود را بدون گسترش در محیط کشت حفظ کند. در مقابل، نواحی داخلی برای حمایت از بقا، رشد و تمایز سلولی درازمدت نیاز به جذب محیط و گسترش دارند و در عین حال سازگار با سلول باقی می مانند.

برای دستیابی به این هدف، این تیم یک پلت فرم مبتنی بر هیدروژل را با استفاده از مشتقات ژلاتین و آلژینات، پلیمر طبیعی مشتق شده از جلبک دریایی، توسعه دادند. آنها با استفاده از فتولیتوگرافی، از نور طرح‌دار برای ایجاد مناطقی با تراکم اتصالات عرضی مختلف در مواد استفاده کردند که امکان کنترل دقیق بر چگونگی گسترش و تغییر شکل بخش‌های مختلف سازه‌ها در طول زمان را فراهم می‌کرد.

با نشان دادن توانایی پلت فرم برای ایجاد هندسه های پیچیده در هماهنگی با تشکیل بافت جدید، گام بعدی ارزیابی عملکرد آن در مدل های حیوانی، با هدف بلندمدت ترجمه این فناوری به سمت کاربردهای بالینی است.

دینگ گفت: «ما پتانسیل قابل توجهی را برای این فناوری برای مهندسی بافت‌هایی با معماری‌های سه‌بعدی پیچیده می‌بینیم، دقیقا در حالی که سازمان‌دهی فضایی انواع سلول‌های متعدد را قادر می‌سازد تا از عملکردهای متمایز آنها پشتیبانی کند.»

گاسودا گفت: «تحقیقات ما نشان می‌دهد که هیدروژل‌های سیتوسازگار با الگوی کیریگامی را می‌توان به گونه‌ای مهندسی کرد که به‌طور مستقل خم شده، تا می‌شود و به اشکال سه‌بعدی پیچیده تبدیل می‌شود.

این رویکرد فرصت‌های جدیدی را برای بافت‌های مهندسی باز می‌کند که معماری‌های پیچیده بافت‌های بومی را با دقت بیشتری تکرار می‌کنند و به حل چالش طولانی‌مدت در مهندسی بافت کمک می‌کنند.

Kaelyn L. Gasvoda و همکاران، یک استراتژی بیو-کیریگامی 4 بعدی برای مهندسی انحنای بافت پیچیده، بیومتریال سلولی (2026). DOI: 10.1016/j.celbio.2026.100613

ارائه شده توسط دانشگاه ایلینوی در شیکاگو

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →