چاپ زیستی مری بدون داربست؛ پیوند موفق ساختار سلولی لوله‌ای توسط دانشمندان ژاپنی
بیماری‌های مادرزادی، تومورهای بدخیم و آسیب‌های ناشی از مواد سوزاننده ساختار مری را تخریب می‌کنند. روش‌های سنتی جراحی از بخش‌هایی از معده یا روده برای بازسازی مری استفاده می‌کنند. این روش‌ها عوارض جانبی شدیدی نظیر تنگی لومن، نشت گوارشی و عفونت در پی دارند.
داربست‌های پلیمری مصنوعی نیز به دلیل پاسخ‌های ایمنی نامطلوب، عدم انعطاف و تخریب کنترل‌نشده کاربرد کلینیکی محدودی دارند. پژوهشگران دانشگاه ناکازاکی ژاپن با ابداع تکنیک چاپ زیستی مری به صورت کاملاً بدون داربست (Scaffold-Free)، گام بزرگی برای حل این چالش برداشتند.
چاپ زیستی مری
استفاده از اسفروئیدها و ترکیب چهارگانه سلول‌های انسانی
بافت طبیعی مری ساختار چندلایه‌ای شامل لایه‌های مخاطی، عضلانی و عروقی دارد. محققان ژاپنی برای بازسازی دقیق این بافت، از ترکیب هم‌زمان چهار نوع سلول انسانی استفاده کردند:
- فیبروبلاست‌های پوستی نرمال انسان (NHDF): جهت پایداری ساختار و ترشح کلاژن
- سلول‌های عضلانی صاف مری انسان (HEMC): جهت ایجاد خاصیت ارتجاعی و حرکات دودی
- سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان (BMSC): جهت تمایز، ترشح فاکتورهای رشد و تقویت مکانیکی
- سلول‌های اندوتلیال ورید بند ناف انسان (HUVEC): جهت تشکیل شبکه‌های مویرگی و رگ‌زایی
دانشمندان ابتدا این سلول‌ها را کشت دادند. سپس آن‌ها را به توده‌های کروی سلولی چندگانه (Multicellular Spheroids) تبدیل کردند.
مراحل مهندسی و ساخت مری با پرینتر زیستی
تولید مری زنده شامل چهار مرحله آزمایشگاهی و پیوند زیستی است:
- ۱. تشکیل و بلوغ اسفروئیدها: اتصال سلول‌ها درون توده‌های متراکم بدون نیاز به ماتریکس خارجی
- ۲. چاپ زیستی سه‌بعدی به کمک آرایه سوزنی (Kenzan): چیدمان دقیق اسفروئیدها روی سوزن‌های مایکرو برای شکل‌دهی لوله توخالی
- ۳. انکوباسیون در بیوراکتور دینامیک: خروج لوله سلولی از سوزن‌ها و رشد آن درون بیوراکتور جهت همجوشی و ترشح ماتریکس خارج سلولی
- ۴. جراحی و پیوند داخل‌بدنی: پیوند لوله لومن زیستی به مری موش‌های صحرایی به کمک استنت‌های سیلیکونی پشتیبان
نقش کلیدی سلول‌های بنیادی مزانشیمی در پایداری مکانیکی
محققان نسبت‌های مختلفی از ترکیب سلولی را ارزیابی کردند. نتایج آزمون‌های مکانیکی و بیوشیمیایی نشان داد که سازه‌های حاوی درصد بالاتر سلول‌های بنیادی مزانشیمی (BMSC) برتری‌های چشمگیری دارند:
- افزایش قابل‌توجه استحکام کششی و انعطاف‌پذیری لوله در برابر انبساط
- بیان چشمگیر پروتئین آلفا-اکتین عضله صاف (α\alphaα-SMA)
- ترشح بالای فاکتور رشد اندوتلیال عروقی (VEGF) و تسریع خون‌رسانی بافتی
نتایج امیدوارکننده پیوند ۳۰ روزه (In Vivo)
تیم تحقیقاتی ساختار بدون داربست بهینه‌شده را به موش‌های صحرایی پیوند زدند. موش‌ها به مدت ۳۰ روز پس از جراحی تحت نظر قرار گرفتند. نتایج حاصل از ارزیابی‌های بافت‌شناسی موارد زیر را اثبات کرد:
- پیوند کامل و پایدار ساختار لوله‌ای در محل اتصال مری به معده
- عبور طبیعی مایعات و مواد غذایی بدون نشت یا انسداد لومن
- پوشش کامل سطح داخلی مری با سلول‌های عضلانی و اپیتلیال
- رگ‌زایی موفق و پیوند کامل بافت چاپ‌شده با سیستم گردش خون میزبان
این دستاورد نشان می‌دهد چاپ زیستی بافت‌های لوله‌ای بدون پلیمرهای خارجی، افق روشنی در درمان قطعی نقایص مری باز می‌کند.
منابع چاپ زیستی مری