ابتكر علماء معهد وايزمان مواد مبتكرة مستوحاة من نموذج تشحيم مفاصلنا. قد تكون النتيجة أخبارًا حقيقية لصناعة الطب الحيوي
"...فجاء مثل الماء في قلبه وكالزيت في عظامه" (مزمور 19: 18)
إنهم يواجهون ضغوطًا شديدة، وهم في احتكاك مستمر مع البيئة - لكنهم بالكاد يتآكلون حتى لعدة عقود. إن مفاصلنا عبارة عن خلق متقن لا مثيل له تم تشكيله على مدى ملايين السنين من التطور. يعد النسيج الغضروفي الذي يبطن أطراف العظام في المفصل أحد المكونات المهمة لهذا النظام الرائع. وفي دراسة جديدة أنشأها علماء معهد وايزمان للعلوم المواد الهلامية ذات الأساس المائي المستوحاة من أنسجة الغضاريف مع معاملات احتكاك وتآكل أقل بعشرات المرات من المواد الهلامية العادية. يمكن استخدام النتائج التي توصلوا إليها في صناعة الطب الحيوي، على سبيل المثال لغرض إدخال الأجهزة الطبية في الجسم وحتى في هندسة الأنسجة.
لا توجد مادة من صنع الإنسان يمكن أن تضاهي عملية تزييت مفاصلنا. يؤدي تلف هذا الدبوس إلى زيادة الاحتكاك وتآكل المفصل، كما يحدث على سبيل المثال في التهاب المفاصل التنكسي (هشاشة العظام). ومع ذلك، فإن أصل هذا الدبوس الفريد ليس مفهومًا جيدًا. وفقًا لنموذج تم تطويره في العقدين الأخيرين في مختبر البروفيسور. جاكوب كلاين من قسم الكيمياء الجزيئية وعلوم المواد، تعتبر الدهون أحد المكونات الأساسية لنظام التشحيم في المفاصل - وهي جزيئات دهنية تشكل اللبنات الأساسية لأغشية الخلايا والأغشية الأخرى في الجسم؛ تتكون هذه الجزيئات من ذيول "كارهة للماء" (كارهة للماء)، متصلة بمجموعة رأسية "محبة للماء" (محبة للماء). وفقًا للنموذج، في الطبقة العليا من أنسجة الغضروف - تلك التي تحتك بنسيج الغضروف للعظم المقابل - توجد رؤوس دهنية مكشوفة تشكل حولها غمدًا فريدًا من جزيئات الماء يُعرف باسم "غمد الترطيب". نظرًا لخصائصه الكيميائية والكهربائية، يلتصق هذا الغمد بإحكام بسطح الغضروف وبالتالي فهو مقاوم للضغط، ولكنه في الوقت نفسه يظل سائلًا تمامًا، وبالتالي يسمح لأسطح الغضروف في مفاصلنا بالانزلاق فوق بعضها البعض - فوق ومرة أخرى، كل يوم، لسنوات.
وفي دراسة جديدة نُشرت مؤخرًا، شارك البروفيسور كلاين مع الدكتورة رونيت غولدبرغ، طالبة الدكتوراه السابقة والمتدربة الأولى في مختبره، وبالتعاون مع زميل البحث الدكتور ويفينغ لين، وباحثة ما بعد الدكتوراه الدكتورة مونيكا كلوزاك، وكبار علماء هيئة التدريس. الدكتور نير كيمبف والدكتور إيال شيموني، مواد مبتكرة مستوحاة من نموذج تزييت الغضروف: مواد هلامية ذات أساس مائي تحتوي على خزانات صغيرة من الدهون التي يتم إطلاقها على سطح الجل أثناء الاحتكاك. "في الغضروف، كما هو الحال في أي نظام بيولوجي، الوحدات التي تنتج المواد المختلفة هي الخلايا. يوضح البروفيسور كلاين: "في المواد الهلامية الاصطناعية التي أنشأناها، بدلاً من الخلايا الحية، توجد خزانات صغيرة من التجمعات الدهنية (الجسيمات الشحمية) المنتشرة في جميع أنحاء الجزء الأكبر من الهلام". "وهكذا، عندما يتآكل الجل - ونحن نتحدث عن تآكل الميكرونات الفردية - يتم الكشف عن احتياطيات جديدة من مواد التشحيم. وبعبارة أخرى، فإن سطح الجل يتجدد باستمرار."
كان أداء المواد الهلامية الجديدة استثنائيًا: فقد لاحظ العلماء انخفاضًا يصل إلى 100 ضعف في الاحتكاك ومعاملات التآكل مقارنةً بالمواد الهلامية التقليدية المعتمدة على الماء. علاوة على ذلك، يظل معامل الاحتكاك المنخفض كما هو تقريبًا حتى عند سرعات الاحتكاك المختلفة وعند الاتصال بأنواع مختلفة من المواد، مثل المعدن والزجاج. يتم الحفاظ على ظاهرة التشحيم الممتازة حتى بعد تجفيف المواد الهلامية بالكامل وإعادة ترطيبها، وهي ميزة تمنح الأجهزة القائمة على هذه المواد الهلامية إمكانيات الاستخدام في الميدان وعمر افتراضي طويل.
من المختبر إلى العيادة
يتم تكييف المواد الهلامية ذات الأساس المائي للتلامس مع الأنسجة الرخوة في الجسم - والتي تتكون أيضًا من كميات كبيرة من الماء - وبالتالي فهي تستخدم على نطاق واسع في صناعة الطب الحيوي. ولذلك، فإن المواد الهلامية الجديدة ذات القدرة على التشحيم الذاتي قد تكون أخبارًا حقيقية لهذه الصناعة، على سبيل المثال لإدخال القسطرة والدعامات (الدعامات) في الجسم وكذلك في هندسة الأنسجة. وفي المستقبل، قد يساعد هذا النموذج أيضًا في تطوير مفاصل صناعية ذات مقاومة عالية للتآكل، مما سيساعد أولئك الذين يعانون من هشاشة العظام أو غيرها من الأمراض التي تلحق الضرر بالغضاريف. ومن أجل الترويج لهذه التطبيقات وغيرها، تم تأسيس الشركة الناشئة "Liposphere" عام 2019 (الغلاف الشحمي) في اتفاقية ترخيص مع "يادا"، ذراع تسويق الملكية الفكرية لعلماء المعهد. مؤسسا شركة Liposphere هما الدكتور غولدبرغ (الرئيس التنفيذي للشركة) والدكتورة سابرينا زان، وكلاهما عضوان سابقان في مجموعة البروفيسور كلاين وشركاء في أبحاث أخرى في مختبره. المجلة العلمية الطبيعة ومجموعة الأدوية والكيماويات ميرك اختر شركة Liposphere كواحدة من الشركات الناشئة الواعدة في عام 2020 التي خرجت من داخل أسوار المؤسسات البحثية الأكاديمية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
