• بازدید : 54 views
  • بدون نظر
این فایل در ۸صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

بیوفنآوری در نیم قرن اخیر به معانی متفاوتی به كار رفته است. از سال ۱۹۸۰ به بعد با رشد فنآوری DNA با صفات ارثی جدید، فنآوری آنتی بادی منوكلونال و فنآوریهای جدید جهت مطالعه و بررسی سلولها و بافتها بیوفنآوری دستخوش تغییرات زیادی در محدوده وسیعی از كاربردهای پزشكی، صنعتی و به معنای عموم دانش گردیده ا

● بیوفنآوری 
بیوفنآوری در نیم قرن اخیر به معانی متفاوتی به كار رفته است. از سال ۱۹۸۰ به بعد با رشد فنآوری DNA با صفات ارثی جدید، فنآوری آنتی بادی منوكلونال و فنآوریهای جدید جهت مطالعه و بررسی سلولها و بافتها بیوفنآوری دستخوش تغییرات زیادی در محدوده وسیعی از كاربردهای پزشكی، صنعتی و به معنای عموم دانش گردیده است. این علم در زمینه هایی مانند مهندسی سلول، ژن درمانی، رهایش دارو، سنسورها و غیره مورد توجه قرار گرفته است. 
بیوسرامیكها، موادی مركب از فلزات و غیر فلزات است كه باپیوندهای یونی یا كووالانسی با هم تركیب شده است. این مواد سخت، ترد با خواص كششی ضعیف اما استحكام فشاری عالی، مقاومت سایشی بالا و اصطكاك پایین برای كاربردهای مفصلی است. بیوسرامیكها هم به صورت منفرد وهم بهصورت كامپوزیتهای بیوسرمیك- پلیمر در بین همه بیومواد مناسبترین گزینه برای جایگزینی بافتهای سخت و نرم است. در حال حاضر تمایل زیادی برای استفاده از این مواد به عنوان ماده كاشتنی و نیز بیوفنآوری پیدا شده است. در این مقاله سعی بر این است تا به كاربردهایی چند از این مواد به اختصار پرداخته شود. 
● مهندسی سلول 
یكی از زیر شاخههای بیوفنآوری مهندسی سلول است. تعریف آكادمیك این واژه «كاربرد اصول و روشهای مهندسی بیولوژی و مولكولی یا دخالت در عملكرد سلول به وسیله دیدگاه و روش مولكولی» است. تردیدی وجود ندارد كه مهندسی سلول علم مهندسی بافت را پایهریزی میكند. تكثیر سلول، چسبندگی و مهاجرت سلولها از نكات مورد توجه در این علم است. یكی از فنآوریهای كلیدی در مهندسی بافت آماده سازی ماده داربست برای كشت سلول و تعمیر بافت است . مطالعات نشان داده است كه بیوسرامیكها مواد مناسبی برای این كاربرد است. سرامیكهای زیست سازگار در محیط بیولوژیك دو رفتار از خود نشان میدهد: گروهی مانند مگنزیا/زیركونیا با قرارگیری در محیط بیولوژیك با لایهای از كلاژن پوشانده میشوند كه اصطلاحا بیوخنثی نامیده میشود و گروهی مانند هیدروكسی آپاتیت زیست فعال است. زیست فعال بودن یك ماده توانایی آن ماده را برای اتصال به بافت زنده بدون ایجاد لایه كلاژنی بیان میكند. 
ترد بودن سرامیكها که از معایب آنها است سبب گردیده تا استفاده از این مواد به مواردی كه تحمل بارگذاری و خستگی وجود ندارد، محدود گردد. یكی از راههای اصلاح این عیب ساخت كامپوزیتهای سرامیك- پلیمر است. برای مثال در تحقیقی از كامپوزیت هیدروكسی آپاتیت-پلی آمید برای ساخت داربست استفاده گردید و نشان داده شده كه هر چه مقدار سرامیك در این كامپوزیت بیشتر شود، بر استحكام آن افزوده میگردد. از دیگر كامپوزیتهای مورد استفاده كه در ساخت داربست برای استخوان كاربرد پیدا كرده است میتوان از كامپوزیت هیدروكسی آپاتیت – پلی لاكتید گلایكولیك اسید(PLGA/HA) نام برد. 
با ایجاد كامپوزیت هیدروكسی آپاتیت/فسفات شیشه میتوان خواص مكانیكی و تخریبپذیری هیدروكسی آپاتیت را افزایش داد. بیوكامپوزیت نیترید سیلیكون/شیشه زیستی هم برای كاربردهای پزشكی استفاده گردیده است. 
اكسید تیتانیم از جمله بیوسرامیكهایی است كه علاوه بر سلولها ی استئوبلاست، سلولهای اپیتلیال نیز بر روی آن رشد كرده و تكثیر یافته است لذا این ماده نیز میتواند بیوماده خوبی برای كاربرد در مهندسی بافت باشد. 
● میكروحاملها در مهندسی بافت 
سنتز بافت سه بعدی شبیه به استخوان برای كم نمودن محدودیت استفاده از پیوندهای اتوگرافت و آلوگرافت توجه زیادی را به سمت خود جلب نموده است. ناسا جهت ساخت بافت سه بعدی از بین روشهای معمول با استفاده از لولههای با دیوار چرخان (RWVs) كشت سلول را در بی وزنی شبیهسازی نموده است نشان داده شده است كهRWVها دانسیته بالا و بزرگ كشتهای سلولی دو بعدی را تحمل نموده و ملزومات كنترل شده اكسیژن را تهیه كرده و داری تلاطم وتنش سیالی پایینی است. 
به علاوه بهعلت قابلیت ایجاد بیوزنی توسط این ابزار میتوان از آنها در كشف اتفاقاتی كه در استخوانها طی سفرهای فضایی رخ میدهد، استفاده نمود. ازمیكروحاملهای متنوعی مانند پلیمرها در كشت سه بعدی استخوان استفاده شده است. در یك بررسی از ذرات توخالی زیست فعال شیشه (۷۲-۵۸ درصد وزنی SiO۲ و ۴۲- ۲۸ درصد وزنی Al۲O۳ )كه با كلسیم فسفات پوشش داده شده است به عنوان میكرو حاملهای سه بعدی كشت سلول استخوان در RWV استفاده گردیده است. بدین ترتیب تودههای سه بعدی سلولها ی استخوانی و لایههای كلسیم فسفاتی مشاهده شد. 
اما رشد و پوشش سلولها روی میكرو حاملهای شیشهای به واسطه قیود فیزیكی محدود است. تحلیلها نشان داده است كه هر گاه دانسیته میكروحاملها در RWVها از مقدار آنها در محیط كشت بیشتر شود به بیرون مهاجرت میرساند كه در نتیجه به دیواره خارجی لوله آسیب میرساند. با افزایش اختلاف دانسیته بین میكروحامل و محیط كشت در سطح میكروحامل تنشهای برشی افزایش پیدا میكند. از آنجایی كه تنشهای برشی بر رشد، ایجاد توده و متابولیسم سلول تاثیر میگذارد مطلوب است میكروحاملهای بیوسرامیك دانسیتهای نزدیک به دانسیته محیط كشت(۱-۸/۰گرم بر سانتی متر مكعب) داشته باشد. 
● پوشش ایمپلنت ها 
شیشه زیستی(Bioglass) و هیدروکسی آپاتیت از بیوسرامیكهایی است كه جهت ایجاد یك سطح بیوفعال روی ایمپلنتها پوشش داده میشود. 
برای مثال هیدروکسی آپاتیت برای هدایت اتصال استخوان به سمت ایمپلنتهای فلزی (مانند تیتانیم) درکاربردهای ارتوپدی ودندانی بر روی آنها پوشش داده شده است و تكنیك پلاسما اسپری از جمله تكنیكهایی است كه اخیرا به این منظور استفاده شده است. اما با توجه به بالا بودن درجه حرارت فرآیند ضخامت نسبی بالا و چسبندگی ضعیف آن به زمینه از اصلی ترین مشكلات این روش است. برای از بین بردن این مشكل میتوان از روش سل ژل استفاده نمود. «میللا» و همكارانش نتایج تحقیقات خود را در مورد ساخت كامپوزیت اكسید تیتانیم-هیدروكسی آپاتیت با روش سل ژل در مقالهای ارائه كردهاند. آنها نشان دادهاند كه پوشش از فازهای كریستالی تشكیل شده است و سطح مشترك آنها از نظر شیمیایی تمیزبوده وحاوی گروههای هیدروكسیلی به صورت باندهای Ti-OHاست. مورفولوژی سطح زبر و متخلخل و پیوند پوشش به زمینه دارای استحكام خوبی است . 
● درمان پوكی استخوان 
پوكی استخوان از جمله بیماریهایی است كه تلاش زیادی برای درمان آن صورت گرفته اما هنوز راه حل مناسبی برای آن پیدا نشده است. آمار نشان میدهد كه مبتلایان این بیماری در سال ۲۰۱۰ بالغ بر ۵۲ میلیون نفر با سن بالای پنجاه سال خواهند بود. عوامل دارویی اخیرا به عنوان درمان آخر در نظر گرفته شده است. اما در هر صورت استفاده از هر گونه عوامل دارویی برای تحریك استخوان سازی میتواند خطراتی به دنبال داشته باشد. 
مثلا این عوامل به علت ورود از طریق دهان، خون و غیره میتوانند باعث ایجاد استخوان در محلی غیر از محل مورد نظر شود. حتی در صورت رسیدن به مکان مورد نظر سریعا داخل استخوانهای سطحی نفوذ میكند و وارد عمق آن نمیشود. ابزارهای تثبیت ارتوپدی نیز برای التیام شكستگیهای مربوط به پوكی استخوان كافی نیست زیرا علاوه بر عمر كوتاه ۱۵-۱۰ ساله، زبری سطحی این ایمپلنتها نانومتری نیست تا سلولهای استخوان با آن سازگار گردد. در این میان كلسیم فسفاتها از جمله مواد مناسب برای دارورسانی وافزایش جرم استخوان است. 
بیومواد پایه كلسیم فسفاتی بیش از دو دهه است كه در پزشكی و دندانپزشكی مورد استفاده قرار میگیرد. تشابه به بافت استخوان و قابلیت هدایت رشد استخوان از مهمترین ویژگیهای كلسیم فسفاتها به ویژه هیدروكسی آپاتیت (Ca ۱۰ (PO۴)۶(OH)۲) با ریزساختار نانو است. این بیوسرامیك هم به صورت طبیعی وجود دارد و هم به صورت مصنوعی ساخته میشود. از كلسیم فسفاتهای طبیعی كه در استخوانها، مرجانها موجود است در ساخت جایگزینهای بافتهای سخت و نرم استفاده میشود. 
تحقیقات نشان داده است كه نانوذرات كلسیم فسفاتی میتواند برای اتصال به نواحی پوكی استخوان تنظیم شود زیرا تفاوت شیمیایی كلیدی بین استخوان سالم و پوك وجود دارد. پس میتوان با استفاده از شیمی مكمل نانوذرات كلسیم فسفاتی را از نظر شیمیایی كارآمد نمود. مثلا میتوان با پیوند آنتی بادیها به مولكول اتصال عرضی برقرار كننده پنتوسیدین كه در نواحی پوك استخوان افزایش مییابد،نانوذرات یاد شده را به نواحی موردنظر هدایت نمود. پلی پپتیدهای حاوی اسید آمینههای آرجنین-گلایسین-آسپارتیك(RGD) در یك بررسی به عنوان عوامل بالا بردن كارآیی استفاده شده است. 
پروتئینهای زمینه خارج سلولی ( ECM) (مثل فیبرونكتین، ویرونكتین و غیره) نقش كلیدی در رفتار چسبندگی سلولی دارد این پروتئینها با داشتن توالی آمینواسیدی RGD به هنگام حركت بیان ژن را بوسیله سیگنالهای ایجاد شده در اثر چسبندگی سلول تنظیم مینماید هیدروكسی آپاتیت در پپتید حاوی RGD چسبندگی سلول استئوبلاست را به ایمپلنت افزایش میدهد. 
● نانولوله های كربنی 
كربن به عنوان یك بیوسرامیك در بیوفنآوری كاربردهای وسیعی یافته است. تحقیقات زیادی در یك دهه گذشته در مورد مكانیزم رشد و خواص فیزیكی وشیمیایی نانولولههای كربنی(CNT ) انجام گردیده است. در حال حاضر نیز مطالعاتی در باره فعال سازی شیمیایی CNTها برای ساخت هیبریدهای نانولوله كربن-مولكول جهت كاربرد در زمینههای نانوالكترونیك، داربستهای رشد سلول و بافت و بیوسنسورهای با كارآیی بالا انجام گرفته است. 
این ابزار دارای ساختار كریستالی هگزاگونال است که با استفاده از تكنیكهای متفاوتی مانند قوس الكتریك، كندگی لیزر و نشست بخار شیمیایی (CVD) ساخته می شود. 
نانولوله های کربنی در ساخت داربستهای مهندسی بافت نیز کاربرد پیدا نموده است. این نانولوله ها در مقایسه با پلیمرهای سنتزی زیست تخریب پذیر مورد استفاده در مهندسی بافت در بعضی جهات ارجحتر است زیرا كه ازیكپارچگی ساختاری و پایداری مكانیكی بالا برای رشد بافت و تحمل نیروهای in vivo برخوردار است. 
تحقیقات دیگری حاكی از رشد سلولهای عصبی بر این نانولوله ها است. بر اساس این مطالعات این ابزار میتواند به عنوان داربست بافت عصبی ایفای نقش نماید. 
بیوسنسورها یكی دیگر از كاربردهای بیولوژی و پزشكی نانولوله های كربنی است. CNTهای كه با عوامل زیستی فرآوری شده اند قابلیت آشكارسازی انتخابی سریع، حساس و بدون نشان عوامل بیولوژیك را دارد. 

عتیقه زیرخاکی گنج