قام علماء في جامعة UNSW Sydney بإنشاء مادة جديدة يمكن أن تغير طريقة نمو الأنسجة البشرية في المختبر واستخدامها في الإجراءات الطبية.
تنتمي المادة الجديدة إلى عائلة المواد المعروفة باسم المهيدرجيل، وهي جوهر المواد “المرنة” التي توجد في جميع الكائنات الحية، مثل الغضاريف في الحيوانات والنباتات مثل الأعشاب البحرية. تجعل خصائص المهيدرجيلز منها مفيدة للغاية في البحث الطبي لأنها يمكن أن تقتبس من الأنسجة البشرية، مما يسمح للخلايا بالنمو في المختبر.
هناك أيضًا مهيدرجيلز مصنوعة من الإنسان يُستخدمون في مجموعة واسعة من المنتجات الاستهلاكية بدءًا من الطعام ومستحضرات التجميل والعدسات اللاصقة والمواد الامتصاصية، ومؤخرًا في البحث الطبي لإغلاق الجروح واستبدال الأنسجة التالفة. على الرغم من أنها قد تعمل بشكل مقبول كملء للمساحة لتشجيع نمو الأنسجة، إلا أن المهيدرجيلز الاصطناعية تفتقر إلى إعادة إنتاج الخصائص المعقدة للأنسجة البشرية الحقيقية.
ولكن في ورقة بحث نشرت اليوم في مجلة Nature Communications، وصف علماء من جامعة UNSW كيف تتصرف مادة المهيدرجيل الجديدة التي تم إنتاجها في المختبر مثل الأنسجة الطبيعية، مع عدد من الخصائص المفاجئة لها تأثيرات على التكنولوجيا الطبية والغذائية والتصنيع.
أوضح الأستاذ المشارك كريس كيليان من كلية علوم المواد والهندسة وكلية الكيمياء في UNSW أن مادة المهيدرجيل هذه مصنوعة من ببتيدات قصيرة جدًا وبسيطة، وهي الوحدات الأساسية للبروتينات.
“في الوقت نفسه، تعتبر المادة مضادة للميكروبات، مما يعني أنها ستمنع العدوى البكتيرية. هذا التوازن يجعلها مناسبة للاستخدام في الطب. المادة أيضًا قابلة للشفاء ذاتيًا، مما يعني أنها ستستعيد شكلها بعد أن تتم ضغطها أو كسرها أو بعد أن تتم طردها من حقنة. وهذا يجعلها مثالية للطباعة الثلاثية الأبعاد للأنسجة أو كمادة حقنية للطب.”
اكتشاف مفاجئ أثناء فترة الحظر
أشلي نغوين، طالبة دكتوراه في كلية الكيمياء في UNSW والمؤلف الأول للورقة، قامت بهذا الاكتشاف خلال فترة الحظر الناجمة عن كوفيد-19 باستخدام المحاكاة على الكمبيوتر. قامت السيدة نغوين بالبحث عن جزيئات تتجمع ذاتيًا – حيث ترتب نفسها تلقائيًا دون تدخل بشري – وعثرت على مفهوم “أزرار التربتوفان”. هذه سلاسل قصيرة من الأحماض الأمينية تحتوي على تربتوفان متعددة تعمل كأزرار لتعزيز التجمع الذاتي، والتي أُطلق عليها “تربتزيب”.
“كنت متحمسة للعثور على تسلسل ببتيدي فريد باستخدام المحاكاة الحاسوبية قد يشكل مهيدرجيل”، تقول السيدة نغوين. بعد عودتنا إلى المختبر، قمت بتخليق المرشح الأفضل وكان من دواعي سروري أن أرى أنه فعلاً يشكل مهيدرجيل.” تقول السيدة نغوين إن اكتشاف هذا المهيدرجيل يمكن أن يكون بديلاً أخلاقيًا للمواد الطبيعية المستخدمة على نطاق واسع.
“المهيدرجيلات الطبيعية تُستخدم في كل مكان في المجتمع – بدءًا من معالجة الطعام إلى مستحضرات التجميل – ولكنها تتطلب استخلاصها من الحيوانات مما يثير مخاوف أخلاقية”، تقول.
“أيضًا، المواد المستخلصة من الحيوانات مشكلة في استخدامها في البشر بسبب الاستجابة المناعية السلبية التي تحدث. بفضل تربتزيب، لدينا مادة اصطناعية ليست فقط تظهر إمكانياتها في العديد من المجالات التي يتم فيها استخدام المواد الطبيعية حاليًا، ولكنها قد تفوقها في بعض الحالات الأخرى مثل البحث السريري.”
نتائج في العالم الحقيقي
لاختبار إمكانية استخدام تربتزيب في البحث الطبي، تعاون فريق الأستاذ المشارك كيليان مع الباحثة د. شفق ووترز في كلية علوم الطب الحيوي في جامعة UNSW Sydney، والتي تستخدم مادة ماتريجيل – مادة مهيدرجيل تستخرج من أورام الفئران – لزراعة الأنسجة البشرية في أبحاثها.
“ماتريجيل لها بعض العيوب في استخدامها في البحث لأن كل دفعة مختلفة. بديل محدد كيميائيًا يمكن أن يكون أرخص وأكثر توحيدًا، مما سيكون ذا فائدة كبيرة في البحث الطبي”، تقول د. ووترز.
يلاحظ الأستاذ المشارك كيليان أن مجال المواد الطبيعية هو صناعة تبلغ قيمتها مليارات الدولارات ويقول إن الفريق متحمس لاستكشاف طرق التسويق.
“نعتقد أن مهيدرجيلات تربتزيب وموادًا مشابهة لها ستوفر بديلاً أكثر توحيدًا وتكلفة للمنتجات المستخرجة من الحيوانات. سيكون من نجاح كبير إذا كانت مادتنا تقلل من عدد الحيوانات المستخدمة في البحوث العلمية.”
مرحلة البحث التالية ستشمل الشراكة مع الصناعة والعلماء السريريين لاختبار فعالية مواد تربتزيب في زراعة الأنسجة واستكشاف التطبيقات التي تسلط الضوء على الخصائص الديناميكية المميزة مثل الطباعة الثلاثية الأبعاد وتوصيل الخلايا الجذعية.
