بخیه‌های هوشمند زیستی می‌توانند به بهبود بیماران پس از برداشتن روده یا سایر انواع جراحی کمک کند.

 مهندسان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با الهام از بخیه‌هایی که هزاران سال پیش ساخته شدند، بخیه‌های هوشمندی طراحی کرده‌اند که نه تنها بافت را در جای خود نگه می‌دارند، بلکه می‌توانند التهاب را شناسایی و داروها را آزاد کنند. بخیه‌های جدید مانند بخیه‌های کاتکوت که اولین بار توسط رومیان باستان استفاده می‌شد از بافت حیوانی مشتق شده‌اند. تیم MIT بخیه‌ها را با هیدروژل‌هایی که می‌توان آن‌ها را با حسگرها، داروها یا حتی سلول‌هایی که مولکول‌های درمانی آزاد می‌کنند، پوشاندند.

 Giovanni Traverso دانشیار مهندسی مکانیک درMIT ، متخصص گوارش در بیمارستان بریگام و زنان و نویسنده مسئول این مطالعه می‌گوید: آنچه که ما داریم یک بخیه‌ی طبیعی و اصلاح شده است که با هیدروژل پوشانده شده و می‌تواند مخزنی برای حسگرهای التهاب یا داروهایی مانند آنتی‌بادی‌های مونوکلونال برای درمان التهاب باشد. این پوشش به شکل قابل توجهی ظرفیت نگهداری سلول‌هایی که برای مدت طولانی زنده هستند را دارد. محققان تصور می‌کنند این بخیه‌ها می‌توانند به بهبود بیماران مبتلا به بیماریcrohn’s  پس از جراحی برای برداشتن بخشی از روده کمک کنند. به گفته محققان، این بخیه‌ها همچنین می‌توانند برای التیام زخم‌ها یا برش‌های جراحی در نقاط دیگر بدن استفاده شوند.

Jung Seung Lee و Hyunjoon Kim، دارای مدرک فوق دکتری از MIT، نویسندگان اصلی این مقاله ‌که در مجله Matter منتشر شده است، هستند.

الهام از کاتکوت

بخیه‌های کاتکوت که از رشته‌های کلا‌ژن خالص شده گاو، گوسفند یا بز ساخته می‌شوند گره‌های قوی ایجاد می‌کنند که به صورت طبیعی در عرض ۹۰ روز جذب می‌شوند. باوجود در دسترس بودن بخیه‌های قابل جذب مصنوعی، کاتکوت هنوز در بسیاری از انواع جراحی‌ها استفاده می‌شود.

Traverso و همکارانش می‌خواستند ببینند آیا می‌توانند بخیه‌ای محکم و قابل جذب از مواد مشتق شده از بافت بسازند که عملکردهای پیشرفته‌ای مانند دریافت و تحویل دارو داشته باشد. چنین بخیه‌هایی برای بیماران مبتلا به Crohn’s که به دلیل انسداد ناشی از زخم یا التهاب بیش از حد، به برداشتن بخشی از روده نیاز دارند، مفید است. این روش مستلزم اتصال مجدد دو انتهای باقی‌مانده، پس از برداشتن یک بخش از روده است. اگر فرآیند اتصال به درستی انجام و به خوبی محکم نشود، می‌تواند منجر به نشت مواد که برای بیمار خطرناک است، شود. برای کمک به کاهش این خطر، تیمMIT  می‌خواهد بخیه‌ای طراحی کند که علاوه بر نگه داشتن بافت در جای خود، التهاب را تشخیص و هشداری اولیه مبنی بر عدم بهبود روده‌ی بسته شده ارائه دهد. محققان بخیه‌های جدید را از بافت خوک که با استفاده از مواد شوینده آن را ٬٬ سلول‌زدایی٬٬ کردند تا احتمال ایجاد التهاب در بافت میزبان را کاهش دهند، ساختند. این فرایند ماده‌ای بدون سلول که حاوی پروتئین‌های ساختاری مانند کلاژن و همچنین سایر مولکول‌های زیستی موجود در ماتریکس خارج سلولی که سلول‌ها را احاطه کرده است را بجا می‌گذارد که محققان آن را ٬٬ De_gut٬٬ می‌نامند.

 محققان پس از خشک و رشته کردن بافت، استحکام کششی (اندازه‌گیری میزان کشش رشته قبل از شکستن) آن را ارزیابی کردند و دریافتند با بخیه‌های کاتکوت موجود در بازار قابل مقایسه است. همچنین بخیه‌های De_gut نسبت به کاتکوت معمولی واکنش ایمنی کمتری در بافت اطراف ایجاد می‌کنند.

Lee می‌گوید: بافت‌های سلول‌زدایی شده به طور گسترده در پزشکی به منظور ترمیم و احیا بافت یا اندام آسیب دیده با عملکرد زیستی عالی استفاده شده‌اند. ما اکنون سطح جدیدی از بافت سلول‌زدایی شده با قابلیت دریافت و تحویل را پیشنهاد می‌کنیم که آغازی برای کاربردهای جدید از مواد مشتق شده از بافت است.

کاربرد هوشمندانه

محققان در مرحله بعد تصمیم گرفتند تا مواد بخیه را با عملکردهای اضافی تقویت کنند. برای انجام این کار، بخیه‌ها را با لایه‌ای از هیدروژل پوشاندند. آن‌‌ها می‌توانند مواد مختلفی مانند ریز ‌ذراتی که می‌توانند التهاب، مولکول‌های دارویی مختلف یا سلول‌های زنده را حس کنند، به هیدروژل اضافه کنند.

محققان برای عملکرد حسگر، ریز ذرات پوشیده شده با پپتیدهایی را طراحی کردند که در حضور آنزیم‌های مرتبط با التهاب به نام MMP در بافت آزاد می‌شوند. این پپتیدها را می‌توان با استفاده از یک آزمایش ادرار ساده شناسایی کرد. محققان همچنین نشان دادند می‌توانند از پوشش هیدروژل برای حمل داروهایی که برای درمان بیماری‌های التهابی روده استفاده می‌شوند، از جمله‌ استروئیدی به نام Dexamethasone و آنتی‌بادی مونوکلونال به نام Adalimumab  استفاده کنند. این داروها توسط ریز ذرات ساخته شده از پلیمرهای مورد تاییدFDA  مانند PLGA  و PLA  که برای کنترل سرعت انتشار داروها استفاده می‌شوند، حمل می‌شدند. محققان می‌گویند این رویکرد را می‌توان برای انواع دیگر داروها مانند آنتی‌بیوتیک‌ها یا داروهای شیمی‌درمانی ارائه داد. از این بخیه‌های هوشمند می‌توان برای رساندن سلول‌های درمانی مانند سلول‌های بنیادی به موضع مورد نظر نیز استفاده کرد. برای بررسی این امکان، محققان سلول‌های بنیادی مهندسی شده برای بیان نشانگر فلورسنت را در بخیه‌ها تعبیه کردند و دریافتند سلول‌ها حداقل به مدت ۷ روز پس از کشت در موش زنده می‌مانند. این سلول‌ها همچنین قادر به تولید فاکتور رشد اندوتلیال عروقی (VEGF) فاکتور رشدی که رشد سلول‌های خونی را تحریک می‌کند، بودند.

محققان اکنون در حال آزمایش بیشتر هر یک از این کاربردهای احتمالی و افزایش سطح فرایند تولید بخیه‌ها هستند. آن‌ها همچنین امیدوارند که امکان استفاده از بخیه‌ها را در قسمت‌هایی از بدن غیر از دستگاه گوارش بررسی کنند. Omid Veiseh دانشیار مهندسی زیستی در دانشگاه Rice، که در این مطالعه مشارکت نداشت می‌گوید: بخیه سلول‌زدایی روده که توسط تیم MIT ساخته شده‌است، روشی هیجان‌انگیز برای دریافت و ارائه طیف وسیعی از درمان‌ها، از جمله مولکول‌های کوچک، مواد بیولوژیک‌ و سلول‌های زنده است.  

حامی مالی این تحقیق موسسه خیریه Leona M.  و Harry B. Helmsly و بخش مهندسی مکانیک دانشگاهMIT ، بنیاد تحقیقات ملی کره و موسسه ملی دیابت و بیماری گوارشی و کلیوی Ruth L.Kirschstein NRSA  بودند.

منبع:

Engineers design sutures that can deliver drugs or sense inflammation | MIT News | Massachusetts Institute of Technology