ساخت نخستین مدل ترکیبی سد خونی مغزی با فناوری نانو

پژوهشگران موسسه‌ی ایتالیایی فناوری  (Istituto Italiano di Tecnologia (IIT  دستگاه مصنوعی ساخته‌اند که مدلی با مقیاس 1:1 از سد خونی مغزی ( BBB = Blood Brain barrier) را بازسازی می‌کند. سد خونی مغزی ساختاری عملکردی و آناتومیکی است که سیستم اعصاب مرکزی را از مواد خارجی مانند آلودگی‌ها و داروهایی که با تزریق درون وریدی به بدن وارد شده‌اند، حفاظت می‌کند. این دستگاه، ابزاری اساسی برای مطالعه‌ی راهبردهای درمانی نوین به منظور غلبه بر سد خونی مغزی و درمان بیماری‌های مغزی مانند تومورها خواهد بود.

این مطالعه در چارچوب پروژه‌ی پژوهشی SlaMM که توسط شورای پژوهشی اروپا (ERC) با هدف توسعه‌ی فناوری‌های نوین نانو برای درمان بیماری‌های مغزی تامین مالی می‌شود، توسط جیانی سیوفانی ، پژوهشگر IIT در شهر پونتدرا (استان پیزا) و استاد دانشگاه پلی تکنیک تورین (Politecnico di Torino) هماهنگ شده است.

مقاله‌ای که اخیرا در ژورنال علمی به انتشار رسیده است، دستگاه جدید را  به‌عنوان دستگاهی کوچک توصیف کرده و یافته‌ی گروه پژوهشی را به‌خوبی توضیح داده است:

این یک دستگاه ریزسیال است که اجزای مصنوعی ساخته شده با تکنیک‌های میکروفابریکاسیون پیشرفته‌ی سه‌بعدی ( لیتوگرافی دو فوتونی) و اجزای زیستی (سلول‌های اندتلیال پوشاننده‌ی عروق خونی) را با یکدیگر ترکیب کرده است.

میکروپرینتینگ توسط فناوری‌های پیشرفته‌ی چاپ سه بعدی (nanoscribe) محقق شده است. این فناوری‌ها با استفاده از لیزر؛ فوتوپلیمر را اسکن و ماده را به‌صورت موضعی جامد می‌سازد و اجسام سه‌بعدی پیچیده را به شکل لایه‌لایه با استفاده از تفکیک‌پذیری در ابعاد کمتر از میکرون می‌سازد.

استفاده از این تکنیک تولیدی، پژوهشگران را قادر ساخته است تا به مهندسی دقیق مدلی از سد خونی مغزی که از فوتوپلیمر رزین و در مقیاسی واقعی ساخته شده است، بپردازند. این مدل از سیستم ریزسیالی متشکل از ۵۰ کانال سیلندری موازی متصل با انشعابات شکل گرفته است و در دیواره‌ی سیلندر، دارای منافذی است که به آن امکان تقلید از سد خونی مغزی را داده است. هر کدام از ساختارهای لوله مانند با قطر ۱۰ میکرومتر و منافذ با قطر یک میکرومتر به شکلی یک‌دست روی تمام سیلندرها توزیع شده‌اند.

پس از تولید ساختار پلیمری داربستی‌شکل پیچیده، سلول‌های اندوتلیال اطراف سیستم مویرگ‌های ریز با منافذ بسیار، کشت داده شدند. سلول‌ها با پوشاندن ساختار سه‌بعدی پرینت‌شده، یک سد زیستی را در سیستم هیبریدی زیستی ایجاد می‌کنند که مشابه مدل طبیعی است. بزرگی این دستگاه در حد چند میلی‌متر است و مایعات می‌توانند در فشار مشابه با فشار خون درون عروق مغزی، از آن عبور کنند.

توسعه‌ی نمونه اولیه این دستگاه مرهون رویکرد به‌شدت چند زمینه‌ای مبتنی بر شایسگی‌های تولید با روش میکرونانوفابریکاسیون، مدل‌سازی و دینامیک ریزسیالات بوده است. در آینده ، پژوهش‌گران از این دستگاه برای درک برهم‌کنش داروها یا نحوه‌ی ارسال دارو توسط نانو وکتورها (عواملی در ابعاد نانو با توانایی انتقال ماده مورد نظر) به منظور غلبه بر سد خونی مغزی و هدف قرار دادن سیستم اعصاب مرکزی استفاده خواهند کرد.