تهیه میکروکپسول پلیمری جهت رهایش کنترل شده فاکتورهای رشد درون توده سلولهای بنیادی

با کوشش و همکاری دکتر محسن اشجاری عضو هیات علمی دانشگاه کاشان و محققان پژوهشگاه رویان میکروکپسولهای پلیمری جهت استفاده در درون توده سلولهای بنیادی با رهایش کنترل شده همزمان دو فاکتور رشد HGF و FGF4 به منظور تمایز سلولهای بنیادی پر توان انسانی به سلولهای کبدی و ساخت بافت سه بعدی با موفقیت به انجام رسید.

امروزه مهندسی بافت و فناوری سلولهای بنیادی بسیار مورد توجه واقع شده اند. فناوری مهندسی بافت منجر به ساخت بافت جدید از سلولها می گردد که با استفاده از ابزارهایی است که با تکنیک های مهندسی به خدمت سلول در می آیند تا سلول بتواند مأموریت خود را به درستی انجام دهد از جمله داربست و سیگنال های بیولوژیکی. برای رشد و تمایز سلولهای بنیادی به سلولهای مشخص نیاز به فاکتورهای رشد گوناگون می باشد. فاکتور رشد یک ترکیب پروتئینی می باشد که در تحریک تکثیر یاخته‌ها و نیز در تنظیم رشد آنها دخیل است. اما در صورتی که حین استفاده و فرایند کپسوله سازی آن، در معرض تنش به ساختار قرار گیرد خاصیت بیولوژیکی خود را از دست می دهد و اصطلاحا دناتوره می گردد. برای رسیدن به سلولهای کبدی دو فاکتور رشد مهم HGF و FGF4 مورد نیاز می باشد که می بایست مقدار مشخصی از آنها در زمان مشخصی به محیط کشت سلولها برسد. در روشهای معمول این فاکتورهای رشد به صورت محلول اضافه می گردند که مقدار زیادی از آنها اتلاف می شود و با توجه به هزینه بسیار بالای آنها (هر میلی گرم حدود 20 هزار دلار) نیازمند توسعه روشهای جدید می باشد. از طرف دیگر وقتی سلولها در توده های سه بعدی رشد میکنند اطراف توده یک ماتریس برون سلولی (ECM) مستحکم و نفوذناپذیر تشکیل میگردد که امکان رساندن مواد فعال بیولوژیکی به درون توده سلولی بعد از چند روز وجود ندارد و عملا فرایند متوقف می گردد.

هدف این پروژه طراحی و ساخت یک سامانه میکروکپسول پلیمری بوده که بتواند هر دو فاکتور رشد را بدون آسیب رساندن به ساختار آنها با روش ملایم امولسیون دوگانه (W/O/W) درون خود کپسوله کند. هنگامی که این سامانه در درون توده سلولی قرار گیرد در زمان مشخصی رهایش کنترل شده هر کدام از فاکتورهای رشد را فراهم می آورد. برای رهایش کنترل شده می بایست معماری داخل کپسول طراحی شده باشد و دو فاکتور رشد مکانی بارگذاری گردند تا به آهستگی رهایش یافته و با هم تداخل نکنند. بنابراین از ترکیب دو پلی استر و کوپلیمر آن (PLGA & PLLA) دارای ویژگی جدایی فاز استفاده گردید. بدین صورت که حین فرایند ساخت کپسول و جامدسازی، پلیمر با سرعت تخریب بیشتر در مرکز میکروکپسول قرار گرفت و فاکتورهای رشد با توجه به زمان رهایش آنها درون کپسول قرار داده شدند. نکته بسیار مهم، انجام همه این فرایند در یک مرحله (one-pot) طی کمترین زمان و ملایم ترین شرایط برای حفظ ساختار فاکتورهای رشد کپسوله شده و نیز کنترل ابعاد بهینه در مقیاس میکرون است. میکروکپسولهای حاصل در مراحل ابتدایی به محیط کشت اضافه شده و توانستند در زمان مقرر هر دو فاکتور رشد را آزاد کنند. در واقع با استفاده از فناوری میکروکپسول با رهایش کنترل شده مقدار فاکتور رشد مصرف شده به میزان 10 برابرکاهش یافت. نتایج این پروژه در مجله Biomaterials با ضریب تاثیر 8.4 که یکی از معتبرین مجلات در حوزه زیست مواد می باشد در دی ماه جاری به آدرس (DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.01.005 و Volume 159, March 2018, Pages 174-188) به چاپ رسید.