إنشاء ألياف نانوية مستوحاة من الطبيعة

في الطبيعة، يتم جمع الخلايا والأنسجة وتنظيمها بشكل مستقل ضمن نظام من الألياف البروتينية التي ستحدد في النهاية بنيتها ووظيفتها، مثل مرونة الجلد وانقباض أنسجة القلب. وقد تم الآن تكرار مبادئ التصميم الطبيعي هذه بنجاح في مختبر الهندسة الحيوية بجامعة هارفارد.

لقد طور المهندسون الحيويون تقنية مبتكرة يمكن استخدامها لتجديد أنسجة القلب والأعضاء الأخرى وإنشاء ألياف نانومترية قوية ومرنة للغاية. سبب هذا الاختراق هو تطوير ركيزة قادرة على تنظيم نفسها من خلال التفاعلات مع سطح حساس للحرارة. يمكن تعديل وتغيير تركيبة البروتين في هذه الركيزة بحيث تؤدي إلى خصائص محددة ومرغوبة، ويمكن بعد ذلك رفع الألياف النانوية كسطح، وذلك ببساطة عن طريق تغيير درجة الحرارة.

وقال آدم دبليو فاينبرج، زميل باحث في جامعة هارفارد: «حتى الآن، كان من الصعب للغاية محاكاة هذه الركيزة خارج الخلية باستخدام مواد من صنع الإنسان». "ومع ذلك، نعتقد أنه إذا كانت الخلايا قادرة على إنشاء مثل هذه الركيزة على سطح أغشيتها، فربما يمكننا إنشاؤها على السطح أيضًا. كنا متحمسين لرؤية أننا نجحنا". الباحث هو المؤلف الرئيسي لمقال يصف البحث والذي تم نشره في المجلة العلمية Nano Letters.

وفي مجال هندسة الأنسجة، تعد تقنيتهم، المعروفة باسم "الأقمشة البروتينية النانوية"، خطوة مهمة إلى الأمام. غالبًا ما تعتمد الطرق الحالية لتجديد الأنسجة على استخدام البوليمرات الاصطناعية لتحضير هياكل السقالات (القوالب التي تتجمع عليها الخلايا وتنمو). ومع ذلك، قد يؤدي هذا النهج إلى آثار جانبية ضارة أثناء تحلل البوليمر. في المقابل، تتكون الألياف النانوية من نفس البروتينات التي تشكل الأنسجة الطبيعية في الجسم، وبالتالي فإن الجسم قادر على تفكيكها منذ اللحظة التي لم تعد هناك حاجة إليها دون حدوث آثار ضارة. وأظهرت النتائج الأولية تطور ألياف عضلة القلب، مما قد يؤدي إلى تطوير طرق مبتكرة لإصلاح وتجديد جميع أنواع خلايا القلب.

وقال الباحث: "بواسطة هذه الألياف النانوية، نحن قادرون على التحكم في كمية الألياف واتجاهها وتكوينها، وهي القدرة التي تسمح لنا بإنشاء سقالات هندسية من الأنسجة الجديدة التي ستوجه عملية التجدد". "بالإضافة إلى ذلك، فهو يسمح لنا باستخدام الخصائص النانومترية لهذه البروتينات بطرق جديدة تتجاوز التطبيقات الطبية. هناك مجموعة واسعة من التطبيقات لهذه الطريقة التي تستخدم البروتينات الاصطناعية المصممة."

المنسوجات عالية الجودة هي التطبيق الرئيسي الثاني لهذه التكنولوجيا. ومن خلال تغيير نوع البروتين المستخدم لبناء الركيزة، يمكن للباحثين تغيير كمية الألياف وترتيبها في الفضاء وغيرها من الخصائص لتحضير ألياف ذات خصائص غير عادية. اليوم، يمكن تمديد الشريط المطاطي بنسبة تصل إلى 600-500% من طوله الأصلي، ولكن مثل هذه الأقمشة المستقبلية ستكون قادرة على القيام بذلك بمعدلات تصل إلى 1500%. وتمتد التطبيقات المستقبلية لهذه الأقمشة من الملابس التي تتكيف مع مرتديها إلى الضمادات التي تسرع الشفاء إلى المنتجات الصناعية.

أخبار الدراسة