مهندسان بخیه هایی را طراحی می کنند که می توانند داروها را تحویل دهند یا التهاب را حس کنند

مهندسان MIT با الهام از بخیه‌هایی که هزاران سال پیش ساخته شده‌اند، بخیه‌های «هوشمند» طراحی کرده‌اند که نه تنها می‌توانند بافت را در جای خود نگه دارند، بلکه می‌توانند التهاب را تشخیص دهند و داروها را آزاد کنند.

بخیه های جدید از بافت حیوانی مشتق شده اند، شبیه بخیه های “catgut” که اولین بار توسط رومیان باستان استفاده می شد. در یک پیچ و تاب مدرن، تیم MIT بخیه‌ها را با هیدروژل‌هایی پوشاندند که می‌توان آن‌ها را با حسگرها، داروها یا حتی سلول‌هایی که مولکول‌های درمانی آزاد می‌کنند جاسازی کرد.

“آنچه ما داریم یک بخیه است که با یک پوشش هیدروژل ساخته شده و اصلاح شده است که می تواند مخزنی برای حسگرهای التهاب یا داروهایی مانند آنتی بادی های مونوکلونال برای درمان التهاب باشد. به طور قابل توجهی، این پوشش همچنین ظرفیت نگهداری سلول هایی را دارد که جووانی تراورسو، دانشیار مهندسی مکانیک در MIT، متخصص گوارش در بیمارستان زنان و بریگهام و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید.

محققان تصور می کنند که این بخیه ها می توانند به بهبود بیماران مبتلا به بیماری کرون پس از جراحی برای برداشتن بخشی از روده کمک کنند. به گفته محققان، بخیه‌ها همچنین می‌توانند برای التیام زخم‌ها یا برش‌های جراحی در نقاط دیگر بدن استفاده شوند.

جانگ سونگ لی و هیونجون کیم، فوق دکترای سابق MIT، نویسندگان اصلی مقاله هستند که امروز، 16 می، در مجله منتشر می شود. موضوع.

با الهام از catgut

بخیه های کتگوت – که از رشته های کلاژن خالص شده گاو، گوسفند یا بز (اما نه گربه) ساخته می شوند – گره های قوی ایجاد می کنند که به طور طبیعی در عرض 90 روز حل می شوند. اگرچه بخیه های قابل جذب مصنوعی نیز در دسترس هستند، کتگوت هنوز در بسیاری از انواع جراحی استفاده می شود.

تراورسو و همکارانش می‌خواستند ببینند که آیا می‌توانند روی این نوع بخیه مشتق از بافت بسازند تا ماده‌ای سخت و قابل جذب ایجاد کنند و عملکردهای پیشرفته‌ای مانند حس کردن و تحویل دارو داشته باشند.

چنین بخیه هایی می تواند به ویژه برای بیماران مبتلا به بیماری کرون که به دلیل انسداد ناشی از زخم یا التهاب بیش از حد نیاز به برداشتن بخشی از روده دارند مفید باشد. این روش مستلزم بستن مجدد دو انتهای باقی مانده پس از برداشتن یک بخش از روده است. اگر آن مهر و موم محکم نگه ندارد، می تواند منجر به نشتی شود که برای بیمار خطرناک است.

برای کمک به کاهش این خطر، تیم MIT می خواست بخیه ای طراحی کند که نه تنها می تواند بافت را در جای خود نگه دارد، بلکه التهاب را نیز تشخیص دهد، یک علامت هشدار اولیه مبنی بر اینکه روده های بسته شده به درستی بهبود نمی یابند.

محققان بخیه های جدید خود را از بافت خوک ایجاد کردند که آنها را با استفاده از مواد شوینده “سلول زدایی” کردند تا شانس القای التهاب در بافت میزبان را کاهش دهند. این فرآیند ماده‌ای بدون سلول را به جای می‌گذارد که محققان آن را «De-gut» می‌نامند، که حاوی پروتئین‌های ساختاری مانند کلاژن و همچنین سایر مولکول‌های زیستی موجود در ماتریکس خارج سلولی است که سلول‌ها را احاطه کرده است.

پس از آب‌گیری بافت و چرخاندن آن به رشته‌ها، محققان استحکام کششی آن را ارزیابی کردند – معیاری از میزان کشش آن قبل از شکستن – و دریافتند که این بافت با بخیه‌های تجاری موجود در بازار قابل مقایسه است. آنها همچنین دریافتند که بخیه های De-gut نسبت به کتگوت سنتی واکنش ایمنی بسیار کمتری را از بافت اطراف ایجاد می کنند.

لی می‌گوید: «بافت‌های سلول‌زدایی شده به‌طور گسترده در پزشکی احیاکننده با عملکرد زیستی فوق‌العاده‌شان استفاده شده‌اند. ما اکنون یک پلت فرم جدید برای انجام حس و تحویل با استفاده از بافت سلول زدایی شده پیشنهاد می کنیم که کاربردهای جدیدی از مواد مشتق شده از بافت را باز می کند.

اپلیکیشن های هوشمند

در مرحله بعد، محققان تصمیم گرفتند تا مواد بخیه را با عملکردهای اضافی تقویت کنند. برای انجام این کار، بخیه ها را با لایه ای از هیدروژل پوشاندند. در داخل هیدروژل، آنها می توانند انواع مختلفی از محموله ها را جاسازی کنند – میکروذراتی که می توانند التهاب، مولکول های دارویی مختلف یا سلول های زنده را حس کنند.

برای کاربرد حسگر، محققان ریزذرات پوشیده شده با پپتیدها را طراحی کردند که با وجود آنزیم‌های مرتبط با التهاب به نام MMP در بافت آزاد می‌شوند. این پپتیدها را می توان با استفاده از یک آزمایش ساده ادرار شناسایی کرد.

محققان همچنین نشان دادند که می‌توانند از پوشش هیدروژل برای حمل داروهایی که برای درمان بیماری‌های التهابی روده استفاده می‌شوند، از جمله استروئیدی به نام دگزامتازون و آنتی‌بادی مونوکلونال به نام adalimumab استفاده کنند. این داروها توسط ریزذرات ساخته شده از پلیمرهای مورد تایید FDA مانند PLGA و PLA که برای کنترل سرعت انتشار داروها استفاده می شوند، حمل می شدند. محققان می گویند که این رویکرد همچنین می تواند برای ارائه انواع دیگر داروها مانند آنتی بیوتیک ها یا داروهای شیمی درمانی تطبیق داده شود.

از این بخیه های هوشمند می توان برای تحویل سلول های درمانی مانند سلول های بنیادی نیز استفاده کرد. برای بررسی این امکان، محققان بخیه‌ها را با سلول‌های بنیادی مهندسی شده برای بیان نشانگر فلورسنت تعبیه کردند و دریافتند که سلول‌ها حداقل به مدت هفت روز پس از کاشت در موش زنده می‌مانند. این سلول ها همچنین قادر به تولید فاکتور رشد اندوتلیال عروقی (VEGF) بودند، فاکتور رشدی که رشد سلول های خونی را تحریک می کند.

محققان اکنون در حال کار بر روی آزمایش بیشتر هر یک از این کاربردهای احتمالی و مقیاس‌پذیری فرآیند تولید بخیه‌ها هستند. آنها همچنین امیدوارند که امکان استفاده از بخیه ها را در قسمت هایی از بدن غیر از دستگاه گوارش بررسی کنند.

این داستان با حسن نیت از MIT News (web.mit.edu/newsoffice/)، یک سایت محبوب که اخبار مربوط به تحقیقات، نوآوری و آموزش MIT را پوشش می دهد، بازنشر شده است.