دانشمندان یک پلتفرم کشت سلولی سه‌بعدی جدید ساخته‌اند که از ذرات میکروژل متخلخل و نرم ساخته شده است و می‌تواند اثرات فشار وارده بر سلول‌های بنیادی را تقلید کند. این پلتفرم به پژوهشگران امکان می‌دهد تا در شرایط گوناگون درباره نحوه رفتار سلول‌های بنیادی مطالعه کنند و حتی بر رفتار آنها تأثیر بگذارند. پلتفرم آنها می‌تواند پیشرفت‌هایی را در حوزه پزشکی ترمیمی، مهندسی بافت و پژوهش درباره بیماری‌ها به همراه داشته باشد.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، این پلتفرم موسوم به «3D-PRESS» می‌تواند تولید تعداد زیادی سلول بنیادی را تسهیل ببخشد و در نهایت، کارآیی و اثربخشی سلول‌درمانی‌های گوناگون را افزایش دهد که شامل معرفی سلول‌های جدید به بیماران برای مبارزه با آسیب یا بیماری است.

سلول‌های بنیادی به لطف دو ویژگی کلیدی خود، در حوزه پزشکی ترمیمی کاربرد دارند. اول این که آنها خودشان تجدید می‌شوند؛ به این معنی که می‌توانند سلول‌های بیشتری را مشابه خود ایجاد کنند. دوم این که سلول‌های بنیادی می‌توانند از طریق فرآیندی به نام «تمایز سلولی» به تعداد زیادی از سلول‌های دیگر تبدیل شوند. آنها تنها سلول‌های بدن هستند که توانایی طبیعی را برای انجام دادن این کار دارند.

سلول‌های بنیادی که در بیشتر بافت‌های بدن یافت می‌شوند، برای حفظ بافت و همچنین برای ترمیم پس از آسیب ضروری هستند. در پزشکی ترمیمی، سلول‌های بنیادی را می‌توان معرفی و هدایت کرد تا به سلول‌های خاصی تبدیل شوند و برای بازسازی و ترمیم بافت‌هایی که آسیب دیده‌اند یا تحت تاثیر بیماری هستند، مورد استفاده قرار بگیرند.

«برنا اوزکاله ادلمان»(Berna Özkale Edelmann)، دانشیار «دانشگاه فنی مونیخ»(TU Munich) گفت: یکی از مهم‌ترین کاربردهای سلول‌های بنیادی با مواد قابل برنامه‌ریزی در مقیاس میکرو، در حوزه پزشکی ترمیمی است زیرا در آنجا می‌توانند از ترمیم و بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده حمایت کنند. به عنوان مثال، می‌توان از آنها برای تبدیل سلول‌های بنیادی به غضروف یا استخوان با هدف درمان جراحات یا بیماری‌های دژنراتیو مانند آرتروز استفاده کرد.

یکی از مشکلات سلول‌های بنیادی، معرفی آنها به بدن بیمار بدون ایجاد واکنش ایمنی است که می‌تواند توانایی ترمیم را در آنها به شدت کاهش دهد. «نرگیشان اییسان»(Nergishan İyisan) از پژوهشگران این پروژه گفت: مواد قابل برنامه‌ریزی در مقیاس میکرو به تجهیزات ضروری برای پیوند سلول‌های بنیادی تبدیل شده‌اند، زیرا از سلول‌ها در برابر شرایط سخت مانند حملات ایمنی و کمبود مواد مغذی محافظت می‌کنند. آنها نقش یک پوسته محافظ را دارند و به سلول‌های بنیادی کمک می‌کنند تا زنده باشند، در جای خود باقی بمانند و با بافت‌های اطراف یکپارچه شوند. علاوه بر این، اندازه کوچک میکرومواد کمک می‌کند تا آنها با استفاده از روش‌های کم‌تهاجمی مستقیما به بدن تزریق شوند.

وی ادامه داد: به طور مشابه، چارچوب‌های ریز حاوی سلول‌های بنیادی یا عوامل ترشح‌شده آنها را می‌توان برای کنترل واکنش ایمنی مورد استفاده قرار داد. این چارچوب‌های مقیاس میکرو را می‌توان با استفاده از میکروژل‌های متخلخل ایجاد کرد که قادر به محافظت از سلول‌های بنیادی هستند، به بدن بیمار وارد می‌شوند و آنها را مخفیانه از واکنش ایمنی بیمار عبور می‌دهند. چارچوب‌های مقیاس میکرو مانند حامل‌های کوچک و قابل برنامه‌ریزی برای سلول‌های بنیادی عمل می‌کنند و امکان کشت سه‌بعدی سلول‌هایی را فراهم می‌آورند که با بدن بسیار سازگار هستند. چارچوب‌های مقیاس میکرو به عنوان عوامل قابل برنامه‌ریزی در نظر گرفته می‌شوند زیرا ویژگی‌های آنها را می‌توان با اصلاح مواد زیستی که از آنها ساخته شده‌اند، تنظیم کرد. 

اییسان گفت: به عنوان مثال، مولکول‌های زیستی را می‌توان برای افزایش چسبندگی سلولی اضافه کرد یا عواملی را برای تقویت رشد و تمایز سلولی گنجاند. این تطبیق‌پذیری، میکروژل‌ها را به عوامل ضروری در حوزه پزشکی ترمیمی و پیوند سلول‌های بنیادی تبدیل می‌کند.

هنوز چالش‌های زیادی در ارتباط با کنترل رفتار سلول‌های بنیادی در محیط‌های سه‌بعدی وجود دارد. یکی از مسائل مهم، تنوع طبیعی در جمعیت سلول‌های بنیادی است زیرا سلول‌ها به صورت انفرادی اغلب رفتار متفاوتی دارند و همین امر، دستیابی به نتایج ثابت را دشوار می‌کند.

این گروه پژوهشی، 3D-PRESS را برای ایجاد تحریک مکانیکی سلول‌ها در میکروژل‌ها طراحی کردند. محفظه فشار ساخته‌شده با روش چاپ سه‌بعدی، فشار دقیق و قابل تنظیم را به سلول‌های بنیادی انفرادی اعمال می‌کند که درون میکروژل‌ها محصور شده‌اند. علاوه بر این، 3D-PRESS از یک ماده شفاف و زیست‌سازگار ساخته شده است که به پژوهشگران امکان می‌دهد تا نحوه واکنش سلول‌های بنیادی به نیروهای مکانیکی را در لحظه مشاهده کنند.

پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که تحقق این کاربردها حداقل پنج سال طول خواهد کشید. در طول این مدت، آنها قصد دارند پلتفرم را بهبود ببخشند تا بتواند سلول‌های بنیادی بیشتری را در بر بگیرد. این ویژگی برای استفاده از آن در سلول‌درمانی ضروری است. این گروه پژوهشی در حال همکاری نزدیک با گروه‌های علمی از جمله پزشکان هستند تا به توسعه و آماده‌سازی درمان‌هایی کمک کنند که این پلتفرم را به کار می‌گیرند.

این پژوهش در مجله «Small Methods» به چاپ رسید.