طور باحثون في جامعة ولاية بويز تقنية ومنصة جديدة للتواصل مع الخلايا وتحفيزها على تكوين الغضاريف. يستخدم عملهم شكلاً ثلاثي الأبعاد ومتوافقًا حيويًا من الكربون، يُعرف باسم رغوة الجرافين. تظهر على غلاف مجلة "Applied Materials and Interfaces" التابعة للجمعية الكيميائية الأمريكية - وهي مجلة علمية متعددة التخصصات للكيميائيين والمهندسين والفيزيائيين وعلماء الأحياء. وهي تصف كيف يمكن استخدام المواد المكتشفة حديثًا وعمليات الواجهة لمجموعة متنوعة من التطبيقات.
الهدف من هذا العمل هو تطوير تقنيات ومواد جديدة تهدف إلى إيجاد طرق علاج جديدة لالتهاب المفاصل من خلال هندسة الأنسجة. يحدث التهاب المفاصل بسبب التدهور غير القابل للعكس للغضروف الزجاجي في المفاصل، مما يؤدي في النهاية إلى الألم والإعاقة. يعد استبدال المفصل بالكامل هو العلاج القياسي السريري. باستخدام مفاعلات حيوية مصممة خصيصًا ومطبوعة ثلاثية الأبعاد مع موصلات كهربائية، تمكنوا من توصيل نبضات كهربائية قصيرة يوميًا إلى الخلايا المزروعة على رغوة الجرافين ثلاثية الأبعاد.
اكتشف الباحثون أن التحفيز الكهربائي المباشر لخلايا ATDC5، التي تلتصق بالهياكل الحيوية لرغوة الجرافين ثلاثية الأبعاد، يحسن بشكل كبير خصائصها الميكانيكية ويعزز نمو الخلايا - وهي معايير مهمة لتصنيع الغضاريف في المختبر. خلايا ATDC5 هي سلالة خلايا طلائع غضروفية فأرية تم بحثها جيدًا كنموذج لزراعة الأنسجة الغضروفية. بالإضافة إلى ذلك، سمح تركيبها الخاص بالغمر الكامل للهيكل ثلاثي الأبعاد لرغوة الجرافين، مما أدى إلى تحسين التصاق الخلايا واندماجها في بنيتها المسامية - وهو نهج واعد لتحسين الأنسجة الاصطناعية من خلال التحفيز الكهربائي عبر المواد الحيوية الموصلة.
قال مونيه سوير، المؤلف الرئيسي للدراسة: "أحد أكبر التحديات في التحفيز الكهربائي المباشر للخلايا الجذعية هو تحقيق توصيل قابل للتكرار مع مراقبة البيئة الكهربائية في نفس الوقت وربطها بردود فعل خلوية محددة". "يمثل نظامنا منصة معيارية وقابلة للتطوير تتيح التحفيز الكهربائي المقترن بالهيكل العظمي عالي الإنتاجية مع تحكم دقيق - مما يفتح إمكانيات جديدة لفهم تأثير الإشارات الكهربائية على تكوين الأنسجة."
يُعد الفصال العظمي أحد الأسباب الأكثر شيوعًا للألم والإعاقة في جميع أنحاء العالم. يعاني منه حاليًا أكثر من 595 مليون شخص - أي أكثر من ضعف العدد المسجل في عام 1990، عندما كان 256 مليون شخص يعانون منه. العبء الاقتصادي هائل: تبلغ التكاليف العالمية أكثر من 460 مليار دولار أمريكي سنويًا، بما في ذلك تكاليف الرعاية الصحية، وفقدان الإنتاجية، والتكاليف المتعلقة بالإعاقة. في الولايات المتحدة وحدها، تسبب هشاشة العظام تكاليف مباشرة وغير مباشرة تبلغ 65 مليار دولار أمريكي. في الحالات الشديدة، يتم إجراء أكثر من مليون عملية استبدال للمفاصل سنويًا.
DOI
10.1021/acsami.5c02628
