پژوهشگران اخیراً به بینش‌های جدیدی در مورد توانایی ستاره‌های شکننده برای تغییرپذیری بازگشت‌پذیر در انعطاف‌پذیری بافت‌های خود دست یافته‌اند. این کشف می‌تواند راه را برای مواد زیستی نوآورانه با کاربردهایی در حوزه سلامت انسان هموار کند.
مواد جدید برای پزشکی بازساختی
این مطالعه که به سرپرستی دنیس جیکوب ماچادو، استادیار دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل، و ولادیمیر ماشانوف، دانشمند پژوهشی در موسسه پزشکی بازساختی ویک فارست، انجام شده، بر بافت‌های کلاژنی تغییرپذیر (MCT) و مکانیسم‌های مولکولی مرتبط با این تحولات متمرکز است.
جزئیات این پژوهش در مقاله‌ای که در مجله BMC Genomics منتشر شده است، به ۱۶ ژن احتمالی تنظیم‌کننده MCT اشاره دارد.
این یافته‌ها گامی بزرگ به سوی درک چگونگی تغییر سریع و گسترده بافت‌های کلاژنی در خارپوستان است، فرآیندی که می‌تواند الهام‌بخش توسعه مواد جدید برای پزشکی بازساختی باشد.
واکنش ستاره‌های شکننده به تهدیدها
پژوهشگران از روش‌های پیشرفتهای همچون میکروسکوپ الکترونی انتقالی (TEM) و توالی‌یابی RNA برای بررسی ستاره شکننده‌ای به نام Ophiomastix wendtii استفاده کردند. این موجود به دلیل توانایی قابل توجهش در تغییر ویژگی‌های بافتی شناخته می‌شود.
ماچادو این فرآیند را به رمزگشایی دستورالعمل‌های DNA برای سلول‌ها تشبیه کرد و گفت:
«ما در حال کشف دستورالعمل‌های دقیقی هستیم که DNA به سلول ارسال می‌کند – اینکه چه چیزی می‌گوید، چه زمانی می‌گوید، و به چه مقدار می‌گوید.»
این تحلیل پیشرفته، بینشی از نحوه تطبیق بافت‌های خارپوستان، مانند ستاره‌های شکننده، با استرس‌های محیطی فراهم می‌کند. این حیوانات قادرند بخش‌هایی از بدن خود را جدا کرده یا سختی بافت‌هایشان را در پاسخ به تهدیدها تغییر دهند که این امر مدلی جالب برای مطالعه MCT و کاربردهای بالقوه آن در پزشکی زیستی ارائه می‌دهد.
ستاره‌های شکننده و تطبیق بافت
خارپوستانی مانند ستاره‌های شکننده و خیارهای دریایی توانایی منحصربه‌فردی در تطبیق سریع بافت‌های کلاژنی خود دارند. این قابلیت به آن‌ها اجازه می‌دهد برای فرار از شکارچیان اندام‌های خود را جدا کنند یا تغییرات محیطی را تحمل کنند.
تیم پژوهشی بر سلول‌های juxtaligamental (JLCs) تمرکز کردند که نقش حیاتی در کنترل MCT ایفا می‌کنند. با مقایسه نواحی بافتی غنی از JLCs با نواحی فاقد آن‌ها، پژوهشگران روابط ژنومی کلیدی را شناسایی کرده و نقش این سلول‌ها را در تنظیم تحولات کلاژنی مشخص کردند.
مطالعه همچنین چالش‌های تحقیق در موجودات غیرمدل مانند ستاره‌های شکننده را برجسته می‌کند. آن‌ها فاقد پروتکل‌های استانداردی هستند که برای موش‌ها و سایر موجودات مدل رایج وجود دارد، و این امر پژوهشگران را وادار به توسعه رویکردهای نوآورانه می‌کند.
هموار کردن راه برای مواد زیستی هوشمند
یکی از نتایج هیجان‌انگیز این مطالعه، الهام‌بخشی برای توسعه مواد زیستی پویا است.
پژوهشگران قبلاً یک اختراع موقت برای یک ماده زیستی مبتنی بر کلاژن که قابلیت تغییر انعطاف‌پذیری دارد ثبت کرده‌اند. ماچادو این ماده را به‌عنوان «ماتریسی از کلاژن که می‌تواند به نرمی یا سختی دلخواه تغییر کند» توصیف کرده است.
چنین ماده‌ای می‌تواند پزشکی را متحول کند و به‌عنوان چسب جراحی با واکنش سریع یا حتی «اریگامی ژلاتینی» جایگزین استنت‌های سنتی عمل کند.
مسیرهای پژوهشی آینده
این پژوهش ۱۶ ژن کاندید را که MCT را تنظیم می‌کنند، شناسایی کرده و نقشه راهی برای تحقیقات آینده ارائه می‌دهد.
با استفاده از تکنیک‌های پیشرفتهای مانند هیبریداسیون در محل (ISH) و تداخل RNA (RNAi)، تیم پژوهشی قصد دارد تأثیر خاموش کردن این ژن‌ها بر انعطاف‌پذیری بافت را بررسی کند.
پژوهشگران گفتند:
«تأیید نقش ژن‌های کاندید در کنترل استحکام کششی MCT طیف گسترده‌ای از امکانات جدید را برای زیست‌شناسی بنیادی و پزشکی زیستی باز خواهد کرد.»
بیان ژن در بافت‌های مختلف
این مطالعه ترکیبی از حوزه‌های مختلف مانند بیوانفورماتیک، میکروسکوپی پیشرفته و آزمایش‌های زیستی است.
تیم پژوهشی، متشکل از متخصصانی از دانشگاه کارولینای شمالی در شارلوت و ویک فارست، به‌صورت مشترک آزمایش‌ها را طراحی کرده و داده‌ها را تحلیل کردند. نویسنده اصلی، ریحانه نوری، دانشجوی دکترا در بخش بیوانفورماتیک و ژنومیک دانشگاه شارلوت، نقش کلیدی در این پروژه ایفا کرد.
پژوهشگران بیان ژن را در نواحی مختلف بافتی ستاره شکننده بررسی کردند و بر هسته داخلی بازو که غنی از JLCs است تمرکز داشتند. آن‌ها این یافته‌ها را با نواحی دیگر مانند معده که فاقد JLCs است مقایسه کردند و نقشه دقیقی از تأثیر ژن‌های خاص بر تطبیق بافت ارائه دادند.
این مطالعه اولین تلاش برای شناسایی ژن‌های خاص MCT در خارپوستان با استفاده از توالی‌یابی پیشرفته و تحلیل بیان ژن است.
تحول پزشکی با مواد زیستی
پیامدهای این پژوهش فراتر از زیست‌شناسی ستاره‌های شکننده است. درک مکانیسم‌های مولکولی پشت MCT می‌تواند به پیشرفتهای تحول‌آفرین در پزشکی بازساختی و مهندسی بافت منجر شود.
کاربردهای بالقوه شامل بهبود سریع‌تر زخم‌ها، چسب‌های جراحی پیشرفته و مواد نوآورانه برای ترمیم اعضای بدن است.
پژوهشگران بر اهمیت یافته‌های خود برای نوآوری‌های آینده تأکید کردند.
آن‌ها اشاره کردند که تکامل و مکانیسم‌های مولکولی MCT در خارپوستان می‌تواند طراحی مواد زیستی مبتنی بر کلاژن با ویژگی‌های مکانیکی پویا و قابل تنظیم را برای مهندسی بافت و پزشکی بازساختی الهام بخشد.
چشم‌اندازی برای آینده
این مطالعه پایه‌ای برای پژوهش‌های آینده در زمینه MCT و تنظیم آن فراهم می‌کند. با شناسایی ژن‌های مسئول انعطاف‌پذیری بافت، تیم پژوهشی قصد دارد مواد زیستی‌ای توسعه دهد که بتوانند با شرایط مختلف تطبیق یابند و انعطاف‌پذیری و کارایی بی‌سابقه‌ای در کاربردهای پزشکی ارائه دهند.
ماچادو در پایان گفت:
«این کار با جرأت نگاه کردن به چیزی کاملاً جدید شروع می‌شود، بدون اینکه بدانید آیا موفق خواهید شد یا نه.»
با ادامه پژوهش و همکاری‌ها، این یافته‌ها می‌توانند پزشکی را متحول کرده و امکانات جدیدی برای درمان آسیب‌ها، ترمیم بافت‌ها و ارتقای سلامت انسان فراهم کنند.
