به گزارش پایگاه اطلاع‌رسانی بنیان، گروه تحقیقاتی به رهبری پروفسور لی سون‑چول از بخش ارتوپدی بیمارستان مرکز پزشکی بوندانگ دانشگاه چا، موفق به ساخت یک داربست زیست‌مادهٔ نسل جدید برای بازسازی استخوان شده‌اند که نه تنها داربستی برای رشد بافت استخوانی فراهم می‌کند، بلکه با مکانیسمی هوشمندانه، سلول‌های بنیادی را به ناحیۀ آسیب دیده جذب و تمایز آنها را به سلول‌های استخوانی القا می‌نماید. این داربست از سلولز گیاهی و یک پلیمر زیست‌سازگار ساخته شده و حاوی لاکتات کلسیم است که ضمن تأمین کلسیم مورد نیاز برای استخوان‌سازی، لاکتات را به تدریج آزاد می‌کند. پژوهشگران همچنین پروتئین SDF‑1 را بر سطح داربست تثبیت کرده‌اند تا سلول‌های بنیادی را در مراحل اولیه به سمت ضایعه جذب کند. یافتهٔ کلیدی این مطالعه، شناسایی نقش جدید لاکتات به عنوان یک مولکول پیام‌رسان است که با فعال‌سازی گیرندۀ OR5AN1 روی غشای سلول، فرآیند تمایز استخوانی سلول‌های بنیادی را تحریک می‌کند؛ یافته‌ای که درک پیشین از لاکتات را به عنوان تنها یک محصول جانبی متابولیسم، دگرگون می‌سازد. در آزمایش‌های حیوانی، گروه درمان‌شده با این داربست جدید، استخوان‌سازی بیشتری نسبت به گروه کنترل نشان داد و بلوغ بافت استخوانی نیز برتری چشم‌گیری داشت. پروفسور لی تأکید کرد که این ماده، فراتر از یک تکیه‌گاه ساده، بستری فعال برای خود‌بازسازی بدن ایجاد می‌کند و می‌تواند در طیف گسترده‌ای از درمان‌های ارتوپدی از جمله شکستگی‌ها، نقایص استخوانی و بازسازی پس از جراحی تعویض مفصل کاربرد داشته باشد. این پژوهش علاوه بر انتشار در مجلۀ بین‌المللی پیشرو در حوزهٔ زیست‌مواد، در برنامهٔ «دانشمندان کرهای که می‌درخشند» مرکز اطلاعات تحقیقات زیستی نیز ثبت شده و از سوی مراکز علمی معتبر مورد تقدیر قرار گرفته است.
چالش بازسازی استخوان در آسیب‌های گسترده
استخوان بدن انسان توانایی قابل‌توجهی برای ترمیم خود دارد؛ شکستگی‌های ساده معمولاً بدون نیاز به مداخلات پیچیده بهبود می‌یابند. اما وقتی آسیب گسترده باشد - مانند نقایص بزرگ ناشی از ضربه، برداشتن تومور یا شکستگی‌های باز با تخریب بافت - توانایی طبیعی بدن برای بازسازی استخوان به تنهایی کافی نیست. در چنین شرایطی، مهندسی بافت استخوان با استفاده از داربست‌های زیست‌ماده، به عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین رویکردها مطرح شده است. با این حال، بسیاری از داربست‌های موجود صرفاً نقش یک تکیه‌گاه فیزیکی را ایفا می‌کنند و نمی‌توانند به طور فعال سلول‌های ترمیم‌کننده را به محل آسیب جذب کنند یا فرآیند تمایز آنها را هدایت نمایند. این محدودیت، محققان را به سوی طراحی نسل جدیدی از مواد سوق داده است که بتوانند با تقلید از محیط زیستی طبیعی، بازسازی کارآمد استخوان را تسریع بخشند.

ایدهٔ نوین: ترکیب جذب سلول و القای تمایز در یک داربست
گروه پژوهشی به سرپرستی پروفسور لی سون‑چول از بیمارستان مرکز پزشکی بوندانگ دانشگاه چا، با درک این خلأ، رویکردی دوگانه را در طراحی داربست جدید خود به کار گرفته‌اند. هدف آنها ساخت مادهای بود که همزمان بتواند سلول‌های بنیادی را به ناحیۀ آسیب دیده جذب کند و آنها را به سمت تشکیل استخوان هدایت نماید. برای این کار، آنها از لاکتات کلسیم به عنوان ماده‌ای کلیدی استفاده کردند که ضمن تأمین کلسیم، لاکتات را نیز آزاد می‌کند. لاکتات کلسیم را بر پایۀ سلولز مشتق‌شده از گیاهان و یک پلیمر زیست‌سازگار قرار دادند تا داربستی سه‌بعدی با قابلیت تخریب تدریجی ایجاد شود. سپس، با اتصال پروتئین SDF‑1 به سطح داربست، مسیری برای مهاجرت سلول‌های بنیادی به درون داربست فراهم آوردند. این طراحی هوشمندانه، دو نیاز اساسی در بازسازی استخوان - یعنی حضور سلول‌های بنیادی کافی و تحریک آنها برای تمایز استخوانی - را در یک محصول واحد تأمین می‌کند.

 لاکتات: از محصول زائد تا مولکول پیام‌رسان
شاید جذاب‌ترین جنبۀ این پژوهش، کشف نقش تازه‌ای برای لاکتات باشد. لاکتات برای دهه‌ها تنها به عنوان محصول جانبی متابولیسم بی‌هوازی (تولید انرژی در غیاب اکسیژن) شناخته می‌شد، اما تیم پژوهشی نشان داد که لاکتات یک مولکول پیام‌رسان واقعی است. آنها مکانیسمی را شناسایی کردند که طی آن لاکتات با اتصال به گیرندهای به نام OR5AN1 روی سطح سلول‌های بنیادی، زنجیره‌ای از سیگنال‌های درون‌سلولی را فعال می‌کند که نهایتاً به تمایز سلول‌های بنیادی به استئوبلاست (سلول‌های استخوان‌ساز) منجر می‌شود. این کشف، درک ما از فرآیند استخوان‌سازی را عمیق‌تر می‌کند و راه را برای طراحی داروها و موادی که از این مسیر سیگنالینگ بهره‌برداری می‌کنند، هموار می‌سازد. به بیان پروفسور لی، این یافته نشان می‌دهد که لاکتات نقشی فراتر از یک سوخت ساده دارد و یک عامل تنظیمی کلیدی در بازسازی بافت استخوان محسوب می‌شود.

طراحی هوشمندانه: آزادسازی تدریجی و جذب هدفمند
داربست جدید به گونه‌ای مهندسی شده که لاکتات و کلسیم را به تدریج و در مدت زمان طولانی آزاد کند. این رهایش تدریجی، محیطی شبیه‌به شرایط طبیعی بازسازی استخوان فراهم می‌آورد و از شوک ناشی از آزادسازی ناگهانی مواد جلوگیری می‌کند. از سوی دیگر، پروتئین SDF‑1 که به سطح داربست متصل شده، نقش یک آهنربای مولکولی را ایفا می‌کند و سلول‌های بنیادی مشتق از مغز استخوان را به درون داربست جذب می‌نماید. پس از ورود سلول‌ها، لاکتات آزادشده از داربست، گیرندۀ OR5AN1 را فعال کرده و سلول‌های بنیادی را به مسیر تمایز استخوانی سوق می‌دهد، در حالی که کلسیم آزادشده، مواد خام مورد نیاز برای تشکیل ماتریس معدنی استخوان را تأمین می‌کند. این هماهنگی بین جذب سلول، آزادسازی تدریجی مواد و فعال‌سازی مسیرهای سیگنالینگ، موجب شده که داربست جدید از کارایی بالایی در بازسازی استخوان برخوردار باشد.

موفقیت در آزمایش‌های حیوانی و برتری نسبت به مواد معمول
برای ارزیابی عملکرد این داربست، پژوهشگران آزمایش‌هایی بر روی مدل‌های حیوانی انجام دادند. نتایج نشان داد که در گروهی که با داربست جدید درمان شده بودند، میزان تشکیل بافت استخوانی جدید به طور معناداری بیشتر از گروهی بود که از مواد مرسوم استفاده کرده بودند. علاوه بر کمیت استخوان‌سازی، کیفیت بافت تازه‌تشکیل‌شده نیز در گروه مداخله برتر بود و بلوغ استخوانی (که به معنای تشکیل ساختارهای منظم و محکم استخوانی است) به مراتب بهتر ارزیابی شد. این یافته‌ها، پتانسیل بالای این ماده را برای کاربردهای بالینی تأیید می‌کند. به گفتهٔ محققان، این داربست می‌تواند در آینده جایگزین مناسبی برای پیوندهای استخوانی خودی یا آلوگرافت‌ها شود که با محدودیت‌هایی مانند درد محل برداشت، خطر عفونت و عدم دسترسی کافی همراه هستند.

اعتبار علمی و انتشار در مجلۀ برتر
اهمیت این پژوهش باعث شد تا مقالهٔ آن در مجلۀ Carbohydrate Polymers که یکی از معتبرترین نشریات بین‌المللی در حوزهٔ زیست‌مواد با ضریب تأثیر ۱۳.۲ است، منتشر شود. همچنین این دستاورد در برنامهٔ «دانشمندان کره‌ای که می‌درخشند» (Korean Scientists Who Shine) که توسط مرکز اطلاعات تحقیقات زیستی (Biological Research Information Center) اداره می‌شود، ثبت و تقدیر گردید. این دو افتخار علمی، نشان‌دهندهٔ تأیید هم از سوی جامعهٔ بین‌المللی و هم از سوی نهادهای علمی داخلی کره‌جنوبی است. به عقیدهٔ کارشناسان، ترکیب نوآوری در مواد، کشف مکانیسم جدید بیولوژیکی و اثربخشی در مدل حیوانی، این پژوهش را به یکی از کارهای شاخص سال در زمینۀ مهندسی بافت استخوان تبدیل کرده است.

 چشم‌انداز بالینی و درمانی
پروفسور لی سون‑چول در گفت‌وگو با خبرنگاران تأکید کرد که هدف نهایی این پژوهش، ورود به کارآزمایی‌های بالینی انسانی و در نهایت ارائهٔ یک درمان مؤثر برای بیماران ارتوپدی است. او گفت: «ما صرفاً ماده‌ای که استخوان را نگه دارد، نساخته‌ایم؛ بلکه زیست‌ماده‌ای ایجاد کرده‌ایم که سلول‌های بنیادی را در محل آسیب جمع کرده و بدن را به سمت خودبازسازی استخوان هدایت می‌کند. به ویژه، نشان دادن نقش جدید لاکتات به عنوان مولکول پیام‌رسان در بازسازی استخوان، می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در درمان شکستگی‌ها، نقایص بزرگ استخوانی و حتی بازسازی استخوان پس از جراحی تعویض مفصل داشته باشد.» با توجه به جمعیت روزافزون سالمندان و افزایش جراحی‌های ارتوپدی در جهان، چنین فناوری‌هایی می‌توانند بار اقتصادی و انسانی ناشی از ناتوانی‌های اسکلتی را به طور قابل توجهی کاهش دهند.

 تولید و تجاری‌سازی؛ گام‌های پیش رو
هرچند نتایج آزمایش‌های حیوانی بسیار امیدوارکننده بوده، اما مسیر تبدیل این داربست به یک محصول قابل استفاده در بیمارستان‌ها همچنان نیازمند گام‌های متعددی است. نخست، باید مطالعات سم‌شناسی و ایمنی‌شناسی گسترده‌تری بر روی مدل‌های بزرگ‌تر حیوانی انجام شود. سپس، کارآزمایی‌های بالینی فاز ۱، ۲ و ۳ بر روی انسان طراحی و اجرا خواهند شد که هر یک سال‌ها زمان و سرمایه‌گذاری قابل توجهی می‌طلبد. با این حال، با توجه به حمایت نهادهای علمی معتبر و ثبت این اختراع در مراکز دانش‌بنیان، پیش‌بینی می‌شود که طی پنج تا هفت سال آینده، اولین نسخهٔ بالینی این داربست در دسترس جراحان ارتوپد قرار گیرد. همچنین امکان تولید انبوه با هزینه‌های منطقی، یکی دیگر از چالش‌هایی است که تیم پژوهشی در حال بررسی آن است تا محصول نهایی برای بیماران مقرون‌به‌صرفه باشد.

جمع‌بندی و نگاه به آیندۀ پزشکی بازساختی
دستاورد تیم پروفسور لی، نمونه‌ای بارز از همگرایی علوم مواد، زیست‌شناسی سلولی و مهندسی پزشکی است. این پژوهش نشان داد که با درک عمیق‌تر از مکانیسم‌های طبیعی بازسازی بافت و استفاده از مواد زیست‌سازگار، می‌توان داربست‌هایی طراحی کرد که نه تنها جایگزین بافت آسیب‌دیده شوند، بلکه خود فرایند ترمیم را مدیریت و تسریع کنند. کشف نقش سیگنالینگ لاکتات از طریق گیرندۀ OR5AN1 نیز افق جدیدی را در درمان بیماری‌های استخوانی و حتی سایر بافت‌ها می‌گشاید. اگر این فناوری با موفقیت از مرحلهٔ آزمایشگاهی به بالین برسد، می‌تواند تحولی اساسی در رویکرد به نقایص استخوانی ایجاد کند، به ویژه برای بیمارانی که گزینه‌های درمانی محدودی دارند. در آینده‌ای نه چندان دور، شاید ترمیم استخوان‌های بزرگ و پیچیده، به سادگی کاشت یک داربست هوشمند باشد که خود، سلول‌های ترمیم‌کننده را فرا می‌خواند و راه بازسازی را هموار می‌کند.

پایان مطلب/