رگ‌های خونی مصنوعی در دل رعد و برق

این بار و همچون بسیاری از دفعات پیشین طبیعت الهام‌بخش محققان در توسعه دانش و فناوری‌های نوین بوده است. محققان دانشگاه تگزاس به این نتیجه رسیده‌اند که می‌توان از رگه‌های ریز و درشتی که در حین شکل‌گیری رعد و برق ایجاد می‌شود برای تولید رگ‌های خونی در ابعاد و اندازه‌های متنوع الهام گرفت. اما چگونه؟ آنها در بررسی‌های اولیه خود به این نتیجه رسیدند که در قطعه بلوکی شکلی از پلاستیک می‌توان یک سری ریزتونل ایجاد کرد که دقیقا مشابه شکل و شمایل رعد و برق در آسمان است. این ریزکانال‌های خوشه‌ای شکل به وسیله وارد کردن ناگهانی میخ در بلوک پلاستیکی ایجاد می‌شود. در مرحله بعد با افزودن سلول رگ‌های خونی به این ریزکانال‌ها می‌توان الگو و قالب مناسبی برای تولید و رشد اعضای مصنوعی نظیر رگ‌های خونی به دست آورد. به عقیده محققان فقدان همین قالب‌ها در گذشته موجب شده است تا پیشرفت چندانی در زمینه طراحی و ساخت رگ‌های خونی مصنوعی صورت نگیرد.

محققان این پروژه با انتشار نتایج آن در نشریه «مواد پیشرفته» عنوان کرده‌اند یکی از بزرگترین مشکلات و موانع در مهندسی بافت این است که چگونه شبکه‌ای از رگ‌های خونی تولید کرده و از آن برای انتقال مواد غذایی به بافت‌های مورد نظر استفاده کرد. اکنون پیش‌بینی می‌شود که از این تکنیک نوین بتوان برای تولید شبکه انتقال خون مشابه آنچه که درون بدن انسان وجود دارد استفاده کرد. محققان این پروژه برای نهایی‌سازی ایده خود، پرتوی الکترونی را به بلوک پلاستیکی منتقل می‌کنند تا شرایط برای شکل‌گیری شبکه‌ای از ریزکانال‌ها مهیا شود. با هر ضربه چکش، رگه‌هایی دقیقا مشابه رعد و برق در دل بلوک پلاستیکی ایجاد می‌شود. البته پس از هر ضربه شبه رعد و برق تولید شده با گذر از بدنه بلوک پلاستیکی از میخ فرو رفته در آن خارج می‌شود و چیزی که برجای می‌ماند، ریزتونل‌هایی است که می‌توان از آن به عنوان قالب و الگو جهت تولید رگ‌های خونی مصنوعی استفاده کرد. شباهت ساختاری که میان رعد و برق واقعی و شبکه ریزتونل‌های ایجاد شده در بلوک پلاستیکی وجود دارد برای محققان بسیار امیدوارکننده است چون در آن طیف گسترده‌ای از ریزکانال‌هایی دیده می‌شود که در برگیرنده شیارهایی با قطرهای گوناگون و متنوع هستند.

این ریزکانال‌ها به صورت خیره‌کننده‌ای به سیستم مویرگی داخل بدن انسان شباهت دارد. محققان این پروژه در بررسی‌های متعدد خود به این نتیجه رسیده‌اند که بزرگ‌ترین ریزکانال‌هایی که به این ترتیب در بلوک پلاستیکی تولید می‌شوند هم اندازه شریان‌هایی نظیر سیاهرگ‌هاست. این کانال‌های بزرگ در قسمتی ایجاد می‌شوند که میخ به درون بلوک پلاستیکی وارد شده است اما در میانه بلوک، ریزکانال‌ها ریزتر شده و ساختاری نظیر مویرگ‌ها را ایجاد می‌کنند که در عین حال شباهت ساختاری بیشتری نیز با هم دارند. این ریزکانال‌ها با یکدیگر نیز در ارتباط هستند و در نتیجه مایعاتی که در آن در جریان است از یک سمت آن وارد و از سمت دیگر آن خارج شده و سر از ریزکانال دیگر در می‌آورد. گرچه در نگاه نخست این گونه به نظر می‌رسد که ایجاد شبکه ریزکانال‌ها در بلوک پلاستیکی به صورت کاملا تصادفی است با این حال آزمایشات مختلف نشان داده‌اند که شبکه رعد و برق شکل ایجاد شده در سراسر بلوک پلاستیکی راه یافته و از این رو این اطمینان خاطر حاصل می‌شود که رگ‌های لازم برای انتقال مواد غذایی به بافته‌های مختلف تولید می‌شوند.

یکی دیگر از نکات جالب توجه در این فرآیند، زمان بسیار اندکی است که برای آن صرف می‌شود. کل این فرآیند تنها چند ثانیه زمان می‌برد که در مقایسه با تلاش‌های صورت گرفته در زمینه طراحی و ساخت ریزکانال‌های مصنوعی سه‌بعدی بسیار سریع‌تر و ارزانقیمت‌تر است. به طور معمول و سنتی، دانشمندان برای تولید ریزکانال‌های سه‌بعدی در محیط پلاستیکی از همان روشی استفاده می‌کنند که از آن برای تولید تراشه‌های رایانه‌ای استفاده می‌شود. به این روش فوتولیتوگرافی گفته می‌شود. این روش که در سال‌های گذشته رواج قابل توجهی داشته است، هزینه بر بوده و در عین حال بسیار زمانبر است.

یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های موجود میان تکنیک جدید ارائه شده با روش‌های سنتی ازجمله فوتولیتوگرافی در این است که در هر بلوک پلاستیکی شبکه جدید و کاملا متفاوتی از ریزکانال‌ها ایجاد می‌شود، اما در فوتولیتوگرافی همواره قالب ثابت و مشابهی تولید می‌شود. این نقطه تمایز زمانی بیشتر به چشم می‌آید که برای بافت‌ها و اندام‌های مختلف لزوما به شبکه مشابهی از رگ‌های خونی نیاز نیست. به گفته برخی محققان، به عنوان مثال اگر کلیه 5 فرد را با برش مورد بررسی قرار دهیم شاهد خواهیم بود که هر یک دارای الگوی خاصی از شبکه مویرگی هستند و از این رو نیازی نیست تا برای تمامی افراد، شبکه‌ای از ریزکانال‌های مشابه تولید کرد.

اکنون و با پیشرفت جدیدی که در این زمینه صورت گرفته است دانشمندان می‌توانند با تمرکز و امیدواری بیشتری روی پیوند سلول‌هایی کار کنند که در آینده به رگ‌های خونی واقعی تبدیل خواهند شد. این رگ‌ها در ادامه این قابلیت را خواهند داشت تا همچون رگ‌های خونی واقعی مواد غذایی مورد نیاز برای بافت‌های مختلف را منتقل کنند. نکته جالب توجه دیگر در این خصوص این است که پلاستیک به کار گرفته شده برای ساخت این بلوک از نوع پلاستیک قابل تجزیه است که به این ترتیب می‌توان این فناوری نوین را به نوعی به عنوان یک فناوری دوستدار محیط زیست نیز به شمار آورد، اما این فناوری چه موقع به عنوان تکنیکی کاربردی به کار گرفته خواهد شد؟

محققانی که در این پروژه حضور دارند می‌گویند باید همچنان منتظر ماند تا نتایج آزمایشات بیشتری را مورد بررسی قرار داد. پس از این مرحله باید این شبکه را در حیوانات آزمایشگاهی به کار گرفت و در نهایت به سراغ بیماران انسانی رفت. از این رو تا کاربردی شدن نهایی این فناوری راه درازی در پیش روست. با این حال همگان بر این عقیده‌اند که این فناوری در نوع خود ابتکاری و دارای آینده‌ای روشن است.

مهدی کیا
منبع: science daily