مهندسی بافت به عنوان یک رشته جدید و پرطرفدار در علوم زیستی، به توسعه و پیشرفت فناوری هایی که به شکلی یا دیگر به تقلید از ساز و کارهای طبیعت می‌پردازند، متمایل است. یکی از بزرگترین انگیزه‌ها در توسعه مهندسی بافت، تلاش برای ایجاد ساختارهایی است که بتوانند ویژگی‌های بیولوژیکی انسان را شبیه‌سازی کنند و برای کاربردهای پزشکی، بهبودیافتگی محیط زیست و سایر کاربردهای مرتبط مورد استفاده قرار گیرند.
پیشینه:
در اوایل قرن 20، اولین تلاش‌های موفق برای کشت سلول‌های پستانداران در فضای دو بعدی انجام شد. با پیشرفت سیستم‌های کشت سلول در این فضا، اولین رده سلولی که با نام HeLa شناخته می‌شود، استخراج و کشت شد. این پیشرفت‌ها زمینه‌های گسترده‌تری را برای مطالعه سلول‌های سرطانی فراهم کرد.
در اواخر قرن 20، ساختارهای سه بعدی زیست‌سازگار و زیست‌تخریب‌پذیر با تخلخل مناسب توسعه یافتند که قادر به بارگذاری داروهای مختلف بودند. این ساختارها به نام داربست‌های کشت سلول شناخته می‌شوند که سلول‌ها را در محیطی شبیه به سیستم‌های زیستی داخل بدن می‌گیرانند.
انواع کشت ۳ بعدی
مهندسی بافت:
در محیط دو بعدی، سلول به یک شکل صاف به سطح ظرف چسبیده و از بالایی قطبیت دارد، اما در محیط سه بعدی، سلولان قادرند از هر سه جهت با محیط اطراف خود ارتباط برقرار کنند. این تفاوت‌ها در ویژگی‌های مورفولوژیکی بین کشت دو بعدی و سیستم‌های درون‌تنی را بوجود می‌آورد.
با توجه به تفاوت‌های بین کشت سلول در فضای دو بعدی و سیستم‌های درون‌تنی، تمرکز بر توسعه سیستم‌های بافت مانند سازوکارهای درون‌تنی افزایش یافته است. این سیستم‌ها به دانشمندان امکان می‌دهند فضایی شبیه به محیط‌های درون بدن را شبیه‌سازی کنند که در نتیجه کاربردهای کارآمدتری در زمینه پژوهش‌های پزشکی و داروسازی بدست آورند.
مقایسه کشت سلول در فضای دو بعدی و سه بعدی: تأثیرات و کاربردها
مقایسه بین روش‌های کشت سلول در فضای دو بعدی و سه بعدی، موضوعی جذاب و مهم در زمینه تحقیقات زیستی و پزشکی است که از اواخر قرن بیستم تاکنون توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. در این مقاله، تفاوت‌ها و تأثیرات این دو روش کشت سلول بررسی شده و کاربردهای آنها مورد بررسی قرار می‌گیرد.
انواع کشت ۳ بعدی
توسعه کشت سلول در فضای سه بعدی:
یکی از پیشرفت‌های مهم در زمینه کشت سلول، توسعه روش‌های کشت سلول در فضای سه بعدی است. این توسعه نه تنها باعث افزایش صحت آزمایشات مختلف، به ویژه در زمینه مطالعات سرطانی می‌شود، بلکه امکان انجام آزمایشاتی که تا کنون در سیستم‌های in-vitro انجام می‌شد، به صورت معتبری تعمیم پیدا می‌کند و خسارات وارده به حیوانات آزمایشگاهی را به طرز چشمگیری کاهش می‌دهد.
مهندسی بافت:
یکی از نکات بسیار جذاب در زمینه کشت سلول و مهندسی بافت، امکان جایگزینی ارگان‌ها و بافت‌های از دست رفته با استفاده از داربست و سلول‌های مناسب است. تفاوت‌های در ساختار بافت‌های مختلف بدن انسان، منجر به توسعه مسیرهای مختلف در زمینه مهندسی بافت شده است.
تفاوت‌های بافتی:
در بدن انسان، انواع مختلفی از بافت‌ها با درجه‌ها و تراکم‌های مختلف ماتریکس خارج سلولی وجود دارند. به عنوان مثال، خون و استخوان دارای ساختارهای متفاوتی هستند که باعث تنوع در اجزای موجود در آنها می‌شود. این تنوع ساختاری، مسیرهای مختلف و چالش‌هایی را در حوزه مهندسی بافت ایجاد می‌کند.
انواع کشت ۳ بعدی
نوع سلول‌ها و کاربردها:
در حوزه مهندسی بافت، سلول‌های مورد استفاده شامل سلول‌های بنیادی، سلول‌های پیش‌ساز و سلول‌های تمایز یافته می‌باشند. هر یک از این نوع سلول‌ها دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند که نیازمند بهره‌گیری از روش‌های متفاوت در کشت و تکثیر آنها می‌باشد.
کشت سلول سه بعدی: استفاده از داربست‌های سلولی
کشت سلول در فضای سه بعدی با استفاده از داربست‌های سلولی، به عنوان یک روش پیشرفته در زمینه تحقیقات بیولوژیک و پزشکی مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، به بررسی توسعه‌ها و کاربردهای کشت سلول سه بعدی با استفاده از داربست‌های سلولی پرداخته می‌شود.
استفاده از داربست‌های سلولی:
در دهه‌ی پایانی قرن بیستم، از داربست‌های الکتروریسی شده به عنوان ساختارهای حامل دارو استفاده می‌شد. اما در این روش، با شکست ساختار داربست، رهایش دارو اتفاق می‌افتاد. محققان در ادامه، متوجه شدند که می‌توانند از همین ساختارهای زیست‌سازگار، به عنوان بستری برای اتصال سلول‌ها استفاده کنند و باعث شوند رشد سلولی به شکل سه بعدی با شباهت بیشتری در این داربست‌ها اتفاق بیفتد.
انواع کشت ۳ بعدی
تجربه کشت سلول سه بعدی مستقل از داربست:
یکی از اولین تجربه‌های کشت سلول سه بعدی، اما مستقل از داربست، با توسعه اسفروئیدها انجام شد. این اسفروئیدها، ساختارهایی هستند که سلول‌هایی با توان رشد بالا به شکل سه بعدی کشت داده شده و توده‌ای از سلول‌ها را تشکیل می‌دهند. بطور کلی، سلول‌های بنیادی پرتوان و سلول‌های سرطانی بنیادی قادر به تشکیل اسفروئیدها هستند. کشت سلول سه بعدی اسفروئیدها با استفاده از تکنیک‌های مختلفی مانند rolling bottle، بیوراکتور، Hanging drop و پلیت‌های با چسبندگی کم، امکان‌پذیر است.
انواع کشت سلول سه بعدی:
در حوزه کشت سلول سه بعدی، می‌توان از انواع مختلفی از داربست‌ها استفاده کرد که ساختار و ویژگی‌های متفاوتی دارند. این انواع شامل داربست‌های بافتی مانند مخلوط ژل، سفت و نرم و داربست‌های سنتزی مانند ژل‌های زیست‌تخریب پذیر و مواد سنتزی هستند.
ویژگی‌های ساختاری و عملکردی داربست‌ها:
ساخت یک داربست مناسب برای استفاده در مهندسی بافت، نیازمند استفاده از ترکیبات زیست‌سازگار و زیست‌تخریب‌پذیر است. برای دستیابی به نتایج بهتر در کشت سلول سه بعدی، باید ساختار داربست‌ها با ساختار بافت مورد نظر هماهنگ شود و ویژگی‌هایی مانند شدت تخلخل، میزان حفرات و درجه زیست‌تخریب‌پذیری مد نظر قرار گیرد.
انواع کشت ۳ بعدی
ویژگی‌های ساختاری و عملکردی داربست‌ها
داربست‌ها، به‌عنوان ساختارهای مهم در کشت سلول سه‌بعدی و مهندسی بافت، ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند که از اهمیت بالایی برخوردارند. در این بخش، به برخی از این ویژگی‌ها پرداخته می‌شود:
- ویژگی‌های ساختاری داربست‌ها:
– شباهت به پروتئین‌های ماتریکس خارج‌سلولی: داربست‌ها باید دارای ساختاری مشابه با پروتئین‌های ماتریکس خارج‌سلولی مانند فیبرونکتین، کلاژن و ژلاتین باشند.
– تخلخل و منافذ منظم: وجود تخلخل و منافذی با اندازه‌های مساوی در داربست‌ها، برای جذب مواد مغذی و انتقال اکسیژن به سلول‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
– زیست‌تخریب‌پذیری: داربست‌ها باید بتوانند به‌طور طبیعی تخریب شده و به بافت تازه تبدیل شوند، بدون نیاز به تداخل انسانی.
– قابلیت تزریق: داربست‌ها باید امکان تزریق سلول‌ها به داخل آنها را فراهم کنند، بدون نیاز به جراحی.
- ویژگی‌های عملکردی داربست‌ها:
– بار، قطبیت و خواص شیمیایی: داربست‌ها باید دارای بار، قطبیت و خواص شیمیایی مناسبی باشند که بتوانند سلول‌ها را به خود جذب کرده و رشد آنها را تسهیل کنند.
– خواص مکانیکی: داربست‌ها باید دارای خواص مکانیکی مناسبی باشند که بافت تشکیل‌شده را پشتیبانی کرده و از شکست آن جلوگیری نمایند.
– عدم تحریک سیستم ایمنی: داربست‌ها باید بتوانند بدون ایجاد تحریک در سیستم ایمنی، با سلول‌ها تعامل داشته و به رشد آنها کمک کنند.
– ابعاد و اشکال مناسب: داربست‌ها باید قابلیت تولید در ابعاد و اشکال مختلف را داشته باشند، تا بتوانند به‌طور دقیق با بافت مورد نظر هماهنگ شوند.
داربست‌ها از منشاء طبیعی یا سنتزی می‌باشند و هر کدام از این دو دسته ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارند. با اینکه داربست‌های طبیعی از بافت‌های آسلولار شده یا مشتقات پلیمری موجودات زنده به‌دست می‌آیند، اما داربست‌های سنتزی از پلیمرهایی مانند آنهیدریدها، پلی‌اورتواسترهای آلیفاتیک و آلیاژهای فلزی ساخته می‌شوند. این ترکیبات، با استفاده از روش‌های الکتروریسی و پرینتر سه‌بعدی، در اشکال و ابعاد مختلف قابل تولید می‌باشند.
با راشا زیست همراه باشید…
