هر بافتی از ماتریکس و تعدادی سلول تشکیل شده است. ماتریکس بدن نقش یک داربست سه بعدی را دارد. سلولها در سطح یا درون این داربست قرار دارند و به طور مداوم با آن در تعامل هستند. به علاوه، ماتریکس به عنوان مخزن آب، مواد مغذی، سایتوکین و فاکتور رشد نیز انجام وظیفه میکند. با در نظر گرفتن وضعیت طبیعی بافت ها در بدن، به راحتی میتوان لزوم به کارگیری داربست در مهندسی بافت برای بازسازی ضایعات بافتی را درک کرد. در مهندسی بافت داربست به عنوان ماتریکس موقتی برای تکثیر سلول و تولید مواد زمینه ای عمل میکند. از طرفی تخلخل آن امکان رشد استخوان از بافت های اطراف را به داخل آن ممکن می سازد.علاوه بر آن، میتوان داربست را طوری طراحی کرد که رشد عروق به داخل بافت ترمیمی را تحریک کند. در واقع یک داربست سه بعدی مناسب، یک جزء ضروری برای استراتژی مهندسی بافت است. داربست باید از خواص ماکروسکوپی و میکروسکوپی مناسبی برخوردار باشد. این خواص نه تنها روی حیات سلول، مسیرهای سیگنال دهی ، رشد، تکثیر و سازمان دهی آن ها تأثیر دارد بلکه در ارتباط با بیان ژنی و حفظ فنوتیپ سلولی نیز موثر است. ویژگی های داربست مناسب جهت انجام مهندسی بافت عبارتند از:
1. زیست سازگاری: شاید مهمترین ویژگی داربست مهندسی بافت استخوان زیست سازگاری آن باشد. داربست با قرار گرفتن در محیط نباید سبب التهاب شده و مثل یک ماده سمی عمل کند. اگر چنین باشد، سبب مرگ سلولی و وخیم تر شدن وضعیت ضایعه خواهد شد. داربست ها می بایست بتوانند با بافت میزبان پیوند شوند بدون اینکه پاسخ ایمنی ایجاد کنند.
2. تخلخل: داربست باید دارای حفرات باز و به هم پیوسته ای بوده و نسبت سطح به حجم در آنها بالا باشد تا بتوانند رشد سلولی را حمایت کرده و توزیع سلولها را در سراسر ساختار تخلخل فراهم و تشکیل عروق در سازه را تسهیل کنند. حفرات داخل داربست و ارتباط بین آن ها برای انتشار صحیح مواد مغذی و گازها و خروج مواد زاید اهمیت دارد. این قضیه به خاطر ویژگیهای متابولیکی استخوان (نیاز به تبادلات فراوان) از اهمیت فراوانی برخوردار است. به هر حال، درجه تخلخل داربست، میزان استحکام مکانیکی آن را تحت تأثیر قرار میدهد. به این معنی که هر چه داربست از تخلخل بیشتری برخوردار باشد (حالت اسفنجی)، شکننده تر خواهد بود. به همین دلیل در زمان طراحی داربست برای مهندسی بافت استخوان، می بایست حالت تعادل از نظر میزان تخلخل و استحکام مکانیکی را رعایت کرد.
3. اندازه حفره ها: اندازه حفره ویژگی مهمی است، چرا که اگر حفره های داربست خیلی کوچک باشد، با بارگذاری سلول ممکن است مسدود شود و در نتیجه راه نفوذ سلول مسدود میشود و نیز تولید ماتریکس و رگ زایی مختل میشود. برای مهندسی بافت استخوان، اندازه حفرات می بایست بین 200 تا 900 میکرومتر باشد. وجود حفره های بزرگ این مزیت را دارد که در آن نسبت سطح به حجم بسیار بالاست. در نتیجه رشد بافت از سمت بافت میزبان به داخل دازبست و نیز ورود رگ ها به داخل آن تسهیل میشود. باید در نظر داشت که هر چه اندازه حفره ها بزرگ باشد، خواص مکانیکی کاهش می یابد و در نتیجه از سازه ساخته شده نمیتوان در مناطقی که به استحکام نیاز است، استفاده کرد.
4. خواص سطحی: خواص سطحی داربست هم از لحاظ شیمیایی و هم از لحاظ توپوگرافی سطح، میتواند اتصال سلولی و تکثیر آن را تحت تأثیر قرار دهد. خواص شیمیایی با توانایی سلولها در چسبیدن به مواد در ارتباط است. خواص توپوگرافیکی از لحاظ هدایت استخوان سازی نیز حائز اهمیت می باشد. هدایت استخوان سازی فرایندی است که طی آن سلولهای استخوان ساز به سطح داربست مهاجرت میکنند. مهاجرت از راه لخته فیبرینی که بلافاصله پس از کاشت داربست در محل ضایعه استخوانی تشکیل میشود، اتفاق می افتد. برای اتصال محکم ماتریکس فیبرینی به سطح داربست لازم است سطح داربست از سختی کافی برخوردار باشد. در غیر این صورت، احتمالا داربست در اثر مهاجرت سلولی پاره میشود.
5. خاصیت القایی یا القاء استخوان سازی: القاء استخوان سازی فرایندی است که طی آن سلولهای مزانشیمی و استئوپروژنیتور به محل ترمیم می آیند و به رده استخوانی متمایز میشوند. القاء استخوان پدیده ای است که به راحتی با فاکتورهای رشد قابل انجام است. با این حال بدون استفاده از فاکتورهای رشد، با طراحی ویژه داربست نیز میتوان به القای استخوان رسید.
6. تجزیه پذیری: تجزیه پذیری یکی از ویژگی هایی است که در طراحی داربست برای مهندسی بافت می بایست مدنظر باشد. در واقع یکی از اهداف به کارگیری داربست در مهندسی بافت پر کردن موقتی نقص استخوانی است. داربست باید به مرور زمان و با بازسازی استخوان تجزیه شود تا فضای لازم برای رشد بافت طبیعی فراهم شود. سرعت تجزیه داربست باید با سرعت رشد بافت جدید هماهنگ باشد. به طوری که وقتی محل آسیب کاملا بازسازی شد، داربست کاملا تجزیه شده باشد. این سبب میشود در انتها، نقص بافتی از استخوان طبیعی پر شود و بیو ماده تجزیه شده از بدن خارج گردد. محصولات حاصل از تجزیه شدن داربست ها می بایست زیست سازگار باشند. خاطر نشان میشود براساس مطالعات، محصولات حاصل از تجزیه داربست، تنها در غلظت های بالا سمی هستند.
7. خواص مکانیکی: یافتن مواد مصنوعی که خواص مکانیکی مشابه با استخوان داشته باشد، کار بسیار سختی است. بنابراین، محقق باید با نهایت دقت و آگاهی داربست مناسب را انتخاب کند.
منبع: کتاب مهندسی بافت استخوان دکتر باغبان اسلامی نژاد
1. زیست سازگاری: شاید مهمترین ویژگی داربست مهندسی بافت استخوان زیست سازگاری آن باشد. داربست با قرار گرفتن در محیط نباید سبب التهاب شده و مثل یک ماده سمی عمل کند. اگر چنین باشد، سبب مرگ سلولی و وخیم تر شدن وضعیت ضایعه خواهد شد. داربست ها می بایست بتوانند با بافت میزبان پیوند شوند بدون اینکه پاسخ ایمنی ایجاد کنند.
2. تخلخل: داربست باید دارای حفرات باز و به هم پیوسته ای بوده و نسبت سطح به حجم در آنها بالا باشد تا بتوانند رشد سلولی را حمایت کرده و توزیع سلولها را در سراسر ساختار تخلخل فراهم و تشکیل عروق در سازه را تسهیل کنند. حفرات داخل داربست و ارتباط بین آن ها برای انتشار صحیح مواد مغذی و گازها و خروج مواد زاید اهمیت دارد. این قضیه به خاطر ویژگیهای متابولیکی استخوان (نیاز به تبادلات فراوان) از اهمیت فراوانی برخوردار است. به هر حال، درجه تخلخل داربست، میزان استحکام مکانیکی آن را تحت تأثیر قرار میدهد. به این معنی که هر چه داربست از تخلخل بیشتری برخوردار باشد (حالت اسفنجی)، شکننده تر خواهد بود. به همین دلیل در زمان طراحی داربست برای مهندسی بافت استخوان، می بایست حالت تعادل از نظر میزان تخلخل و استحکام مکانیکی را رعایت کرد.
3. اندازه حفره ها: اندازه حفره ویژگی مهمی است، چرا که اگر حفره های داربست خیلی کوچک باشد، با بارگذاری سلول ممکن است مسدود شود و در نتیجه راه نفوذ سلول مسدود میشود و نیز تولید ماتریکس و رگ زایی مختل میشود. برای مهندسی بافت استخوان، اندازه حفرات می بایست بین 200 تا 900 میکرومتر باشد. وجود حفره های بزرگ این مزیت را دارد که در آن نسبت سطح به حجم بسیار بالاست. در نتیجه رشد بافت از سمت بافت میزبان به داخل دازبست و نیز ورود رگ ها به داخل آن تسهیل میشود. باید در نظر داشت که هر چه اندازه حفره ها بزرگ باشد، خواص مکانیکی کاهش می یابد و در نتیجه از سازه ساخته شده نمیتوان در مناطقی که به استحکام نیاز است، استفاده کرد.
4. خواص سطحی: خواص سطحی داربست هم از لحاظ شیمیایی و هم از لحاظ توپوگرافی سطح، میتواند اتصال سلولی و تکثیر آن را تحت تأثیر قرار دهد. خواص شیمیایی با توانایی سلولها در چسبیدن به مواد در ارتباط است. خواص توپوگرافیکی از لحاظ هدایت استخوان سازی نیز حائز اهمیت می باشد. هدایت استخوان سازی فرایندی است که طی آن سلولهای استخوان ساز به سطح داربست مهاجرت میکنند. مهاجرت از راه لخته فیبرینی که بلافاصله پس از کاشت داربست در محل ضایعه استخوانی تشکیل میشود، اتفاق می افتد. برای اتصال محکم ماتریکس فیبرینی به سطح داربست لازم است سطح داربست از سختی کافی برخوردار باشد. در غیر این صورت، احتمالا داربست در اثر مهاجرت سلولی پاره میشود.
5. خاصیت القایی یا القاء استخوان سازی: القاء استخوان سازی فرایندی است که طی آن سلولهای مزانشیمی و استئوپروژنیتور به محل ترمیم می آیند و به رده استخوانی متمایز میشوند. القاء استخوان پدیده ای است که به راحتی با فاکتورهای رشد قابل انجام است. با این حال بدون استفاده از فاکتورهای رشد، با طراحی ویژه داربست نیز میتوان به القای استخوان رسید.
6. تجزیه پذیری: تجزیه پذیری یکی از ویژگی هایی است که در طراحی داربست برای مهندسی بافت می بایست مدنظر باشد. در واقع یکی از اهداف به کارگیری داربست در مهندسی بافت پر کردن موقتی نقص استخوانی است. داربست باید به مرور زمان و با بازسازی استخوان تجزیه شود تا فضای لازم برای رشد بافت طبیعی فراهم شود. سرعت تجزیه داربست باید با سرعت رشد بافت جدید هماهنگ باشد. به طوری که وقتی محل آسیب کاملا بازسازی شد، داربست کاملا تجزیه شده باشد. این سبب میشود در انتها، نقص بافتی از استخوان طبیعی پر شود و بیو ماده تجزیه شده از بدن خارج گردد. محصولات حاصل از تجزیه شدن داربست ها می بایست زیست سازگار باشند. خاطر نشان میشود براساس مطالعات، محصولات حاصل از تجزیه داربست، تنها در غلظت های بالا سمی هستند.
7. خواص مکانیکی: یافتن مواد مصنوعی که خواص مکانیکی مشابه با استخوان داشته باشد، کار بسیار سختی است. بنابراین، محقق باید با نهایت دقت و آگاهی داربست مناسب را انتخاب کند.
منبع: کتاب مهندسی بافت استخوان دکتر باغبان اسلامی نژاد