پارچههای زیست سازگار بافتهشده؛ نوآوری MIT در ترمیم هوشمند زخمها
پژوهشگران آزمایشگاه لینکلن و مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) در حال توسعه نوعی پارچه زیستجذبپذیر نوین هستند که میتواند رفتار کششی منحصر بهفرد بافتهای نرم بدن را تقلید کرده و از رشد سلولهای جدید نیز پشتیبانی کند. این دستاورد میتواند افقهای تازهای را در درمان آسیبهای شدید یا مزمن بافتهای نرم مانند پوست و عضله بگشاید؛ آسیبهایی که همواره یکی از چالشهای مهم حوزه سلامت بودهاند.
چالشهای درمان زخمهای مزمن و نیاز به نوآوری
روشهای درمانی رایج برای زخمهای مزمن اغلب پرهزینه، پیچیده و گاه ناکارآمد هستند. با توجه به شیوع بیماریهایی مانند دیابت و اختلالات عروقی، و همچنین افزایش جمعیت سالمندان، انتظار میرود تعداد زخمهای مزمن در سالهای آینده بیشتر شود.
میکروبافتها؛ یک راهکار امیدوارکننده
یکی از روشهای نویدبخش درمانی، کاشت مواد زیستسازگار حاوی سلولهای زنده (یا همان میکروبافتها) در محل زخم است. این مواد مانند داربستی برای سلولهای بنیادی یا سلولهای پیشساز عمل کرده و به ترمیم بافت کمک میکنند. اما یک چالش جدی در این روشها وجود دارد: حرکت و کشش طبیعی بافتهای انسانی.
تقلید از رفتار مکانیکی بافتهای نرم
اگر داربستهای مصنوعی بیش از حد کشیده شوند، ممکن است سلولهای زنده درون آنها آسیب ببینند. این مشکل میتواند روند ترمیم را مختل کرده یا باعث پاسخهای ایمنی ناخواسته شود.
بدن انسان چگونه از سلولها در برابر کشش محافظت میکند؟
به گفته استیو گیلمر، پژوهشگر گروه مهندسی مکانیک در آزمایشگاه لینکلن:
«بدن انسان دارای ساختار سلسلهمراتبی است که بهجای کشیده شدن، باز میشود یا اصطلاحاً آنکریمپ میشود. به همین دلیل، وقتی پوست یا عضلهتان را میکشید، سلولها آسیب نمیبینند؛ چون ابتدا بافت باز میشود و سپس کش میآید.»
طراحی پارچههای هوشمند با الهام از بدن انسان
گیلمر به همراه استاد “مینگ گوئو” از دانشکده مهندسی مکانیک MIT و مرکز کشف پارچههای دفاعی (DFDC)، در حال طراحی پارچههایی با قابلیت باز شدن مشابه بافتهای انسانی هستند. ایده این همکاری زمانی شکل گرفت که گیلمر و گوئو در حال تدریس در یک دوره آموزشی در MIT بودند. گوئو در حال تحقیق روی رشد سلولهای بنیادی روی مواد جدیدی بود که بتوانند این ویژگی بازشدن طبیعی بافت را شبیهسازی کنند. او ابتدا از نانوالیاف الکتروریسیشده استفاده کرد که گرچه عملکرد خوبی داشتند، اما تولید آنها در مقیاس بالا دشوار بود و نمیتوانستند در ساختارهای بافتنی بزرگ برای ترمیم وسیعتر استفاده شوند.
گوئو میگوید: «استیو اشاره کرد که آزمایشگاه لینکلن به ماشینهای بافتنی صنعتی دسترسی دارد. این ماشینها به ما اجازه دادند بهجای تمرکز روی نخ، به طراحی بافتهای بزرگتر بپردازیم.»
تیم تحقیقاتی با همکاری متخصصان پارچه در DFDC، الگوهای مختلف بافتنی را برای شبیهسازی حرکات انواع مختلف بافت نرم آزمایش کردند. آنها با سه الگوی اصلی بافتنی شامل جرسی، ریب (دندهای) و اینترلاک (قفلشونده) آغاز کردند.
امیلی هولتزمن، متخصص نساجی در DFDC، توضیح میدهد: «پارچه جرسی مثل تیشرت شماست؛ وقتی کش میآید، حلقههای نخ باعث کشش میشوند. هر چه طول این حلقهها بیشتر باشد، کشش بیشتری ایجاد میشود. بافت ریب مثل سرآستین ژاکت شما عمل میکند؛ این نوع پارچه بهصورت آکاردئونی باز میشود. بافت اینترلاک نیز مشابه ریب است اما چگالی بیشتری دارد و مقدار نخ در هر اینچ آن دو برابر است؛ یعنی سطح بیشتری برای کاشت سلول فراهم میکند.»
ارین دوران، متخصص دیگر تیم، میگوید: «پارچههای بافتنی را میتوان طوری طراحی کرد که تخلخل یا قابلیت نفوذپذیری خاصی داشته باشند که به ترمیم زخم کمک کند.»
تاکنون، تیم پژوهشی آزمایشهایی را با سلولهای فیبروبلاست جنینی موش و سلولهای بنیادی مزانشیمی انجام دادهاند و رفتار این سلولها را در هنگام کشش در بافتهای مختلف بررسی کردهاند. نتایج نشان دادهاند که در همه الگوها، نرخ زندهمانی سلول بالا بوده است. این پروژه در سال ۲۰۲۴ موفق به دریافت جایزه معتبر R&D 100شد.
گیلمر توضیح میدهد که اگرچه هدف اولیه پروژه درمان آسیبهای پوست و عضله بود، اما این پارچهها قابلیت تقلید بسیاری از بافتهای نرم دیگر مانند چربی یا غضروف را نیز دارند. تیم اخیراً یک ثبت اختراع موقت نیز ثبت کرده که نحوه طراحی این الگوها و انتخاب مواد مناسب برای نخ را شرح میدهد؛ این اطلاعات میتواند بهعنوان یک جعبه ابزار برای تنظیم ساختارهای بافتنی در هماهنگی با خواص مکانیکی بافتهای آسیبدیده مورد استفاده قرار گیرد.
او در پایان میگوید: «این پروژه برای من یک تجربه یادگیری بسیار ارزشمند بوده است. هر شاخه از این تیم، تخصص خاصی دارد و بدون همکاری همهجانبه، رسیدن به این دستاورد ممکن نبود.
