صراط: شیوه خودمونتاژی محققان با دکتر علی خادم حسینی، عضو هیات علمی موسسه ویس و مجید قدوسی، دستیار پژوهش این موسسه می‌تواند به حل یکی از چالش‌های اصلی در مهندسی بافت کمک کند.
مهندسی بافت شامل پرورش مجدد بافت انسان با تزریق اجزای ریز به بدن است که سپس به شکل چارچوبهای زیست تجزیه‌پذیر بزرگتر و با ساختار پیچیده در محل آسیب خود را مونتاژ می‌کنند.
کلید این خود مونتاژی تولید اولین چسب قابل برنامه‌ریزی جهان بوده است. این چسب از دی‌ان‌ای ساخته شده و تکه‌های خاصی از یک ژل پر از آب را که فقط به یکدیگر می‌چسبند، هدایت می‌کند.
محققان با استفاده از چسب دی‌ان‌ای برای هدایت تکه‌ها به سوی خودمونتاژی توانستند یک ساختار پیچیده قابل برنامه‌ریزی تولید کنند. این شیوه بدیع برای تکه‌های ژل با قطر 30 میکرون تا دانه‌هایی با قطر یک میلیمتر مورد استفاده بوده که بر قابلیت تطبیق‌پذیری آن تاکید می‌کند.
به گفته دکتر خادم حسینی، عضو هیات علمی موسسه ویس و دانشیار کمیته مشترک علوم سلامتی و فناوری دانشگاه هاروارد و موسسه فناوری ماساچوست، بیمارستان زنان بریگهام و دانشکده پزشکی هاروارد، چسب قابل برنامه‌ریزی دی‌ان‌ای همچنین می‌تواند با سایر مواد برای ساخت انواع دستگاههای ریز خودمونتاژکننده از جمله لنزها، ریزتراشه‌های قابل تنظیم مجدد و چسب جراحی که تنها بافتهای مطلوب را به هم چسبانده، مورد استفاده قرار بگیرد.
برای ساخت دستگاهها یا بخشهای کوچکتر آنها، سازندگان اغلب با یک تکه ماده آغاز کرده و سپس آنرا تا زمان دستیابی به ویژگیهای مطلوب اصلاح می‌کنند. در موارد دیگر آنها سازوکار مورد استفاده سازندگان خودرو را در پیش می گیرند که ساخت اجزای با ویژگیهای مطلوب و مونتاژ آنها برای تولید محصول نهایی است.
موجودات زنده بافتهای خود را با استفاده از یک سازوکار مشابه می‌سازند که در آن انواع مختلف سلولها در بلوکهای سازنده کاربردی مونتاژ می‌شود که عملکرد مناسب بافتی را بوجود می‌آورند. برای مثال در کبد، بلوکهای سازنده کاربردی شامل واحدهای کوچک بافت موسوم به لوبول هستند.
دانشمندان تلاش کرده‌اند این سازوکار ساخت را با تولید سیستمهای خودمونتاژگر برای ساخت دستگاهها تقلید کنند.
اکنون خادم حسینی و همکارانش به دنبال ساخت یک سیستم خودمونتاژگر قابل برنامه‌ریزی مشابه برای اجزای مقیاس مزو هستند که عرض لبه آنها از 30 میکرون تا 1000 میکرون(یک میلیمتر) متفاوت است.
آنها ابتدا بر ساخت سیستمی تمرکز کردند که درآن قطعات ژل زیست‌تجزیه‌پذیر زیست سازگار موسوم به هیدروژلها خود را در ساختارهای پیچیده مونتاژ کردند. برای کاربریهای آینده، قطعات هیدروژل کوچک حاوی سلولهای انسان می‌توانند به بدن تزریق شوند. با تجزیه هیدروژلها، این قطعات در کنار هم قرار گرفته و سپس سلولها به هم چسبیده و بافت کاربردی را شکل می‌دهند.
در تلاشهای قبلی معمولا دانشمندان با این چالش روبرو بودند که قطعات بجای جمع شدن در ساختار مطلوب به یکدیگر می‌چسبیدند. خادم حسینی و همکارانش به راهی برای کمک به هر جزء جهت چسبیدن به یک جفت خاص نیاز داشتند.
دی‌ان‌ای برای این کار ایده‌آل بود که اطلاعات ژنتیکی را مانند توالی چهار حرف شیمیایی یا نوکلئوتیدها در خود ذخیره می‌کنند. این نوکلئوتیدها به شیوه ویژه‌ای به نوکلئوتیدهای مکمل می‌چسبند. یک رشته دی‌ان‌ای محکم به رشته دوم چسبیده اما این امر تنها زمانی امکان‌پذیر بوده که رشته دوم از توالی نوکلئوتیدهای مکمل با اولی برخوردار باشد. همچنین حتی یک رشته کوچک دی‌ان‌ای نیز می‌تواند از تعداد زیادی از توالی‌های ممکن برخوردار باشد که باعث برنامه‌پذیر بودن چسب می‌شود.
محققان از آنزیمها برای چند برابر کردن یک قطعه دی‌ان‌ای در یک قطعه بزرگتر موسوم به دی‌ان‌ای عظیم استفاده کردند که حاوی چندین نسخه از آن تکه است. هنگامی که محققان مکعبهای هیدروژل را با دی‌ان‌ای عظیم پوشش دادند، تنها به قطعات با پوشش دی‌ان‌ای منطبق چسبیدند.
از آنجایی که دانشمندان می‌توانند قطعات دی‌ان‌ای را با هر توالی که بخواهند بسازند، این امر بدان معنی است که دی‌ان‌ای عظیم مانند یک چسب دی‌ان‌ای قابل برنامه‌ریزی عمل می‌کند.
این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.
مهندسی بافت شامل پرورش مجدد بافت انسان با تزریق اجزای ریز به بدن است که سپس به شکل چارچوبهای زیست تجزیه‌پذیر بزرگتر و با ساختار پیچیده در محل آسیب خود را مونتاژ می‌کنند.
کلید این خود مونتاژی تولید اولین چسب قابل برنامه‌ریزی جهان بوده است. این چسب از دی‌ان‌ای ساخته شده و تکه‌های خاصی از یک ژل پر از آب را که فقط به یکدیگر می‌چسبند، هدایت می‌کند.
محققان با استفاده از چسب دی‌ان‌ای برای هدایت تکه‌ها به سوی خودمونتاژی توانستند یک ساختار پیچیده قابل برنامه‌ریزی تولید کنند. این شیوه بدیع برای تکه‌های ژل با قطر 30 میکرون تا دانه‌هایی با قطر یک میلیمتر مورد استفاده بوده که بر قابلیت تطبیق‌پذیری آن تاکید می‌کند.
به گفته دکتر خادم حسینی، عضو هیات علمی موسسه ویس و دانشیار کمیته مشترک علوم سلامتی و فناوری دانشگاه هاروارد و موسسه فناوری ماساچوست، بیمارستان زنان بریگهام و دانشکده پزشکی هاروارد، چسب قابل برنامه‌ریزی دی‌ان‌ای همچنین می‌تواند با سایر مواد برای ساخت انواع دستگاههای ریز خودمونتاژکننده از جمله لنزها، ریزتراشه‌های قابل تنظیم مجدد و چسب جراحی که تنها بافتهای مطلوب را به هم چسبانده، مورد استفاده قرار بگیرد.
برای ساخت دستگاهها یا بخشهای کوچکتر آنها، سازندگان اغلب با یک تکه ماده آغاز کرده و سپس آنرا تا زمان دستیابی به ویژگیهای مطلوب اصلاح می‌کنند. در موارد دیگر آنها سازوکار مورد استفاده سازندگان خودرو را در پیش می گیرند که ساخت اجزای با ویژگیهای مطلوب و مونتاژ آنها برای تولید محصول نهایی است.
موجودات زنده بافتهای خود را با استفاده از یک سازوکار مشابه می‌سازند که در آن انواع مختلف سلولها در بلوکهای سازنده کاربردی مونتاژ می‌شود که عملکرد مناسب بافتی را بوجود می‌آورند. برای مثال در کبد، بلوکهای سازنده کاربردی شامل واحدهای کوچک بافت موسوم به لوبول هستند.
دانشمندان تلاش کرده‌اند این سازوکار ساخت را با تولید سیستمهای خودمونتاژگر برای ساخت دستگاهها تقلید کنند.
اکنون خادم حسینی و همکارانش به دنبال ساخت یک سیستم خودمونتاژگر قابل برنامه‌ریزی مشابه برای اجزای مقیاس مزو هستند که عرض لبه آنها از 30 میکرون تا 1000 میکرون(یک میلیمتر) متفاوت است.
آنها ابتدا بر ساخت سیستمی تمرکز کردند که درآن قطعات ژل زیست‌تجزیه‌پذیر زیست سازگار موسوم به هیدروژلها خود را در ساختارهای پیچیده مونتاژ کردند. برای کاربریهای آینده، قطعات هیدروژل کوچک حاوی سلولهای انسان می‌توانند به بدن تزریق شوند. با تجزیه هیدروژلها، این قطعات در کنار هم قرار گرفته و سپس سلولها به هم چسبیده و بافت کاربردی را شکل می‌دهند.
در تلاشهای قبلی معمولا دانشمندان با این چالش روبرو بودند که قطعات بجای جمع شدن در ساختار مطلوب به یکدیگر می‌چسبیدند. خادم حسینی و همکارانش به راهی برای کمک به هر جزء جهت چسبیدن به یک جفت خاص نیاز داشتند.
دی‌ان‌ای برای این کار ایده‌آل بود که اطلاعات ژنتیکی را مانند توالی چهار حرف شیمیایی یا نوکلئوتیدها در خود ذخیره می‌کنند. این نوکلئوتیدها به شیوه ویژه‌ای به نوکلئوتیدهای مکمل می‌چسبند. یک رشته دی‌ان‌ای محکم به رشته دوم چسبیده اما این امر تنها زمانی امکان‌پذیر بوده که رشته دوم از توالی نوکلئوتیدهای مکمل با اولی برخوردار باشد. همچنین حتی یک رشته کوچک دی‌ان‌ای نیز می‌تواند از تعداد زیادی از توالی‌های ممکن برخوردار باشد که باعث برنامه‌پذیر بودن چسب می‌شود.
محققان از آنزیمها برای چند برابر کردن یک قطعه دی‌ان‌ای در یک قطعه بزرگتر موسوم به دی‌ان‌ای عظیم استفاده کردند که حاوی چندین نسخه از آن تکه است. هنگامی که محققان مکعبهای هیدروژل را با دی‌ان‌ای عظیم پوشش دادند، تنها به قطعات با پوشش دی‌ان‌ای منطبق چسبیدند.
از آنجایی که دانشمندان می‌توانند قطعات دی‌ان‌ای را با هر توالی که بخواهند بسازند، این امر بدان معنی است که دی‌ان‌ای عظیم مانند یک چسب دی‌ان‌ای قابل برنامه‌ریزی عمل می‌کند.
این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.
