به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، نقایص استخوانی ناشی از تروما، بیماری یا برداشت تومور، یکی از چالش‌های بزرگ در جراحی‌های ارتوپدی و فک و صورت به شمار می‌روند. پزشکی بازساختی با بهره‌گیری از سلول‌های بنیادی و مواد زیستی، راهکارهای امیدوارکننده‌ای را ارائه می‌دهد. در این میان، سلول‌های بنیادی پالپ دندان (DPSCs) به دلیل دسترسی نسبتاً آسان، توانایی تکثیر بالا و پتانسیل تمایز به سلول‌های مختلف از جمله استخوان‌سازها (استئوبلاست‌ها)، منبعی مؤثر برای ترمیم بافت استخوانی محسوب می‌شوند. یکی از راه‌های تقویت روند بازسازی، استفاده از مولکول‌های کوچک القاکننده تمایز است. کافئیک اسید فنتیل استر (CAPE)، یک ترکیب طبیعی با خواص ضدالتهابی و آنتی‌اکسیدانی، اثرات امیدبخشی در ترویج بازسازی استخوان نشان داده است. با این حال، پایداری شیمیایی پایین این مولکول، کاربرد بالینی گسترده آن را محدود کرده است. برای غلبه بر این محدودیت، تیمی از پژوهشگران از ایتالیا، مصر، لهستان و اسپانیا، چهار مشتق جدید از CAPE را که اخیراً در آزمایشگاه سنتز شده بودند، مورد بررسی قرار دادند. نتایج این مطالعه نشان داد که دو مورد از این مشتقات، در غلظت‌های بسیار پایین (میکرومولار)، به طور مؤثری تمایز استخوانی سلول‌های بنیادی پالپ دندان را از طریق افزایش فعالیت آنزیم آلکالین فسفاتاز، افزایش رسوب ماتریکس معدنی و بیان ژن‌های نشانگر استخوانی مانند استئوکلسین و RUNX2، تقویت می‌کنند. علاوه بر این، پژوهشگران با موفقیت بیومواد استخوانی ترکیبی از کیتوزان/آگارز تقویت‌شده با نانوهیدروکسی‌آپاتیت را که با این مشتقات CAPE غنی شده بودند، ساختند. این داربست‌های زیستی فاقد سمیت سلولی بوده و چسبندگی و گسترش مطلوب سلول‌ها را بر روی سطح خود امکان پذیر کردند. همچنین، این مشتقات در شرایط مختلف از پایداری شیمیایی مطلوبی برخوردار بودند که امکان incorporation یا ادغام موفقیت‌آمیز آن‌ها در ساختار بیومواد را فراهم می‌کند. یافته‌های این پژوهش، گامی مهم در جهت توسعه درمان‌های ترکیبی سلول-مواد-مولکول برای ترمیم نقایص استخوانی پیچیده است.

معرفی ترکیب CAPE و محدودیت‌های آن
کافئیک اسید فنتیل استر (CAPE) یک ترکیب زیست‌فعال طبیعی است که به وفور در پروپولیس یا بره موم زنبورعسل یافت می‌شود. مطالعات گسترده در دو دهه گذشته، خواص ضدالتهابی، آنتی‌اکسیدانی، ضد توموری و همچنین پتانسیل القای تمایز استخوانی این ترکیب را به اثبات رسانده‌اند. CAPE از طریق مسیرهای سیگنالینگ مختلفی مانند مسیر Wnt/β-catenin و BMP/Smad می‌تواند سرنوشت سلول‌های بنیادی مزانشیمی را به سمت رده استئوبلاستی سوق دهد. با وجود این پتانسیل بالا، یک مانع بزرگ بر سر راه استفاده بالینی از CAPE وجود دارد: ناپایداری شیمیایی. این ترکیب در برابر عوامل مختلفی مانند نور، حرارت و تغییرات pH به سرعت تجزیه می‌شود که اثربخشی طولانی‌مدت و امکان فرمولاسیون آن در داربست‌های پیوندی با رهایش کنترل‌شده را به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد.

طراحی و سنتز مشتقات پایدار CAPE
به منظور غلبه بر مشکل ناپایداری، پژوهشگران در این مطالعه بر روی چهار مشتق شیمیایی از CAPE که به تازگی در آزمایشگاه طراحی و سنتز شده بودند، متمرکز شدند. هدف از این طراحی، حفظ هسته فعال زیستی مولکول CAPE در عین ایجاد تغییرات ساختاری برای افزایش پایداری، حلالیت و احتمالاً قدرت اثر آن بوده است. این مشتقات بر اساس مطالعات پیشین و ارزیابی‌های اولیه از کتابخانه ترکیبات، انتخاب شدند. انتظار می‌رفت که این مولکول‌های نوین، ضمن دارا بودن خواص استئوژنیک (استخوان‌زایی)، از ماندگاری و پایداری بسیار بیشتری در محیط‌های بیولوژیک و طی فرآیند ساخت بیومواد برخوردار باشند.

ارزیابی اثرات استئوژنیک بر سلول‌های بنیادی پالپ دندان (DPSCs)
سلول‌های بنیادی پالپ دندان به عنوان مدل سلولی در این پژوهش استفاده شدند. این سلول‌ها در محیط کشت حاوی فاکتورهای تمایز استخوانی (مانند دکزامتازون، β-گلیسرول فسفات و اسکوربیک اسید) و در حضور غلظت‌های مختلف (۰ تا ۵ میکرومولار) از هر یک از چهار مشتق CAPE کشت داده شدند. برای ارزیابی اثرات، مجموعه جامعی از آزمایش‌ها انجام گرفت: آزمون سمیت سلولی (MTT) برای اطمینان از بی‌خطر بودن غلظت‌های مورد استفاده، سنجش فعالیت آنزیم آلکالین فسفاتاز (ALP) که یک نشانگر اولیه و کلیدی تمایز استئوبلاستی است، رنگ‌آمیزی قرمز آلیزارین برای تشخیص و کمی‌سازی رسوب کلسیم (ماتریکس معدنی) و در نهایت، ارزیابی بیان ژن‌های نشانگر استخوانی پیشرفته‌تر مانند استئوکلسین (OCN) و فاکتور رونویسی RUNX2 با استفاده از تکنیک Real-time PCR. نتایج به وضوح نشان داد که دو مورد از چهار مشتق آزمایش‌شده، به طور قابل توجهی فعالیت ALP، میزان معدنی‌سازی و بیان ژن‌های استئوژنیک را در مقایسه با گروه کنترل (بدون مشتق CAPE) افزایش دادند.

ساخت و ارزیابی بیومواد استخوانی حاوی مشتقات CAPE
در فاز دوم این مطالعه، پژوهشگران به سراغ توسعه یک سیستم تحویل ترکیبی رفتند. آن‌ها یک داربست یا بیومتریال استخوانی سه‌جزئی ساختند: پایه پلیمری از جنس کیتوزان (یک پلی‌ساکارید زیست‌سازگار و زیست‌تخریب‌پذیر) و آگارز، که با نانوهیدروکسی‌آپاتیت (جزء معدنی اصلی استخوان) تقویت شده بود. سپس مشتقات انتخابی CAPE در این ماتریکس پلیمری-سرامیکی ادغام شدند. ارزیابی‌های اولیه بر روی این بیومواد نشان داد که فرآیند ساخت و حضور مشتقات، سمیتی برای سلول‌ها ایجاد نمی‌کند. مهم‌تر اینکه، سلول‌های بنیادی پالپ دندان به خوبی بر روی سطح این داربست‌ها چسبیده و گسترش یافتند که نشان‌دهنده زیست‌سازگاری مطلوب و القای چسبندگی سلولی مناسب توسط مواد است.

بررسی پایداری شیمیایی مشتقات نوین
یکی از بخش‌های حیاتی این پژوهش، بررسی پایداری مشتقات سنتز شده تحت شرایط مختلف (مانند دمای اتاق، نور، و محیط آبی) بود. نتایج این آزمایشات رضایت‌بخش بود و تأیید کرد که مشتقات طراحی‌شده در مقایسه با CAPE طبیعی، از پایداری شیمیایی به مراتب بالاتری برخوردارند. این ویژگی، یک پیش‌نیاز اساسی برای کاربرد موفقیت‌آمیز در بیومواد با هدف رهایش کنترل‌شده و طولانی‌مدت مولکول‌های مؤثر در محل نقص استخوانی است.

جمع‌بندی و چشم‌انداز آینده
این مطالعه بین‌المللی موفق شد با یک رویکرد ترکیبی، هم مولکول‌های جدید القاکننده تمایز استخوانی با پایداری بالا را معرفی کند و هم بیوموادی طراحی نماید که بتواند همزمان به عنوان داربست مکانیکی و حامل رهایش این مولکول‌ها عمل کند. دو مشتق برتر شناسایی‌شده از CAPE، پتانسیل بالایی به عنوان عوامل دارویی استئوژنیک جدید نشان دادند. گام‌های بعدی تحقیق شامل بهینه‌سازی میزان و نحوه بارگذاری مشتقات در داربست، بررسی دقیق‌تر مکانیسم‌های مولکولی عمل آن‌ها، و در نهایت انجام مطالعات پیش‌بالینی بر روی مدل‌های حیوانی نقص استخوانی است. در صورت موفقیت در مراحل بعدی، این استراتژی می‌تواند جایگزینی مؤثر و قابل اطمینان‌تر برای روش‌های سنتی مانند پیوند خودیاستخوان (اتوگرافت) در ترمیم نقایص بزرگ و پیچیده استخوانی باشد.

پایان مطلب/.