قدرت مغناطیس ممکن است مشکل بزرگی را که مهندسان زیستی در تلاش برای ایجاد بافت جدید با آن روبرو هستند برطرف کند - اینکه سلول های انسانی نه تنها ساختارهایی را تشکیل دهند، بلکه رشد رگ های خونی را برای تغذیه آن رشد تحریک کنند.
یک تیم چند رشته ای از محققان از دانشگاه دوک، دانشگاه کیس وسترن رزرو و دانشگاه ماساچوست، آمهرست محیطی را ایجاد کردند که در آن ذرات مغناطیسی معلق در یک محلول تخصصی مانند سگ های مولکولی گوسفند عمل می کنند. در پاسخ به میدان‌های مغناطیسی خارجی، چوپان‌ها سلول‌های انسان شناور آزاد را تکان می‌دهند تا زنجیره‌هایی تشکیل دهند که به طور بالقوه می‌توانند در رویکردهایی برای ایجاد بافت‌ها و اندام‌های انسانی ادغام شوند.
به گفته محققانسلول ها نه تنها به طور طبیعی در هنگام تماس به یکدیگر می چسبند، بلکه پیکربندی های سلولی هم تراز ممکن است ایجاد و رشد رگ های خونی کوچک را تقویت یا تسریع کنند.
راندال ارب، دانشجوی سال چهارم فارغ التحصیل در آزمایشگاه بنجامین یلن، استادیار مهندسی مکانیک، گفت: "ما یک روش هیجان انگیز برای استفاده از مغناطیس برای دستکاری سلول های انسانی شناور آزادانه در محلولی حاوی نانوذرات مغناطیسی ایجاد کرده ایم." علم مواد، در دانشکده مهندسی پرت دانشگاه دوک. "این فرآیند مونتاژ سلولی جدید نویدبخش تحقیقات مهندسی بافت است و روش جدیدی را برای سازماندهی سلول ها به روشی ارزان و آسان ارائه می دهد."
ملیسا کربس، دانشجوی سال سوم فارغ التحصیل مهندسی زیست پزشکی در کیس وسترن و خواهر ارب، مقاله ای را نوشت که قبل از انتشار ماه می Nano Letters، مجله ای که توسط انجمن شیمی آمریکا منتشر می شد، به صورت آنلاین ظاهر شد.
کربس گفت: "سلول‌ها گیرنده‌هایی روی سطوح خود دارند که میل به سلول‌های دیگر دارند." "آنها چسبنده می شوند و به یکدیگر می چسبند. هنگامی که سلول های اندوتلیال به شکل خطی کنار هم قرار می گیرند، همانطور که در آزمایشات ما انجام دادند، ممکن است به آنها کمک کند تا در لوله های کوچک سازماندهی شوند."
نانوذرات حاوی آهن که توسط محققان استفاده می شود در مایعی به نام فروسیال معلق می شوند. یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد این فروسیال‌ها این است که در حضور مغناطیس خارجی به شدت مغناطیسی می‌شوند، که به محققان این امکان را می‌دهد تا با تغییر قدرت میدان مغناطیسی شکل‌گیری زنجیره را به آسانی دستکاری کنند.
در پایان فرآیند، نانوذرات به سادگی شسته می شوند و زنجیره خطی از سلول ها باقی می ماند. زنده ماندن سلول‌ها، سالم و نسبتاً بدون هیچ گونه اثرات مضر این فرآیند، یکی از پیشرفت‌های عمده رویکرد جدید نسبت به سایر استراتژی‌ها با استفاده از مغناطیس است.
"ارب گفت: "دیگران سعی کرده اند از ذرات مغناطیسی در داخل یا روی سطح سلول ها استفاده کنند." با این حال، آهن موجود در نانوذرات می‌تواند برای سلول‌ها سمی باشد. همچنین، فرآیند حذف نانوذرات پس از آن می‌تواند برای سلول و عملکرد آن مضر باشد.»
عنصر کلیدی برای این مطالعات، سنتز فروسیال های غیر سمی توسط همکاران Bappaditya Samanta و Vincent Rotello در دانشگاه ماساچوست بود که روشی را برای پوشش نانوذرات مغناطیسی با آلبومین سرم گاوی (BSA) ابداع کردند. پروتئین مشتق شده از خون گاو BSA یک پروتئین پایدار است که در بسیاری از آزمایشات استفاده می شود زیرا از نظر بیوشیمیایی بی اثر است. در این آزمایش‌ها، BSA از سلول‌ها در برابر آهن سمی محافظت کرد.
کربس گفت: "مزای اصلی دیگر رویکرد ما این است که ما در حال ایجاد زنجیره های سلولی سه بعدی بدون هیچ گونه تکنیک یا تجهیزات پیچیده ای هستیم." "هر نوع بافتی که ما در نهایت می خواهیم مهندسی کنیم باید سه بعدی باشد."
برای آزمایشات خود، محققان از سلول های اندوتلیال ورید ناف انسان استفاده کردند. انواع دیگری از سلول‌ها نیز مورد استفاده قرار گرفته‌اند، و به نظر محققان این رویکرد جدید می‌تواند با هر نوع سلولی کار کند.
ایبن آلسبرگ، استادیار مهندسی پزشکی و جراحی ارتوپدی در کیس وسترن و نویسنده ارشد مقاله، گفت: «در حالی که هنوز در مراحل اولیه هستیم، نشان داده‌ایم که می‌توانیم ساختارهای سلولی جهت‌دار را تشکیل دهیم. "گام بعدی این است که ببینیم آیا آرایش فضایی این سلول‌ها در سه بعدی تشکیل عروق را تقویت می‌کند یا خیر. یک مانع بزرگ در مهندسی بافت، عروقی‌سازی بوده است، و ما امیدواریم که این فناوری ممکن است به رفع مشکل کمک کند."
این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت، بنیاد ملی علوم و کیس وسترن حمایت شد.
