نانو داربست

نانو داربست یا نانو اسکفولد یک فرآیند پزشکی است که برای بازسازی بافت و استخوان از جمله اعضا و ارگان ها استفاده می شود. نانو داربست یک ساختار سه بعدی است که از الیاف پلیمری بسیار کوچک تشکیل شده است که از مقیاس نانومتر (10 − ⁹ متر) مقیاس می شوند.  فناوری پزشکی توسطارتش آمریكا توسعه یافته است.آنها از یک دستگاه میکروسکوپی ساخته شده از الیاف پلیمری ریز که داربست نامیده میشوند استفاده میکنند. سلول های آسیب دیده به اسکفلد می چسبند و شروع به بازسازی استخوان ها و بافت های از دست رفته از میان حفره های کوچک در داربست می کنند. با رشد بافت ها ، داربست به داخل بدن جذب میشود و کامال ناپدید شده و از بین می رود. 
نانو داربست همچنین برای بازسازی پوست سوخته شده استفاده می شود اما این فرآیند نمی تواند موجب رشد ارگان های پیچیده مثل قلب شود.  
از نظر تاریخی تحقیقات بر روی نانو داربستها حداقل به اواخر دهه ۱۹۸۰ برمیگردد زمانی که سیمون نشان داد الکترواسپینینگ (برق ریسی)می تواند برای تولید الیاف پلیمری در اندازه نانو و زیر میکرون مورد استفاده قرار بگیرد. داربست ها به طور خاص به عنوان سلول های آزمایشگاهی و بسترهای بافتی استفاده می شوند. این استفاده ی اولیه از شبکه های الکترواسپونِ(الکتروریسی)فیبری برای کشت سلولی و مهندسی بافت نشان داد که انواع مختلف سلول ها می توانند به الیاف پلی کربنات متصل شوند و روی آن گسترش و تکثیر پیدا کنند. مشخص شد که برخالف ریختشناسی مسطح که معموالً در محیط کشت دو بعدی دیده می شود، سلول هایی که بر روی الیاف الکترواسپون رشد میکنند، به طور کلی مورفولوژی سه بعدی بیشتری را در بافت ها در محیط بدن نشان می دهند.

چگونه عمل میکند

نانو داربست بسیار کوچک است. ۱۰۰ برابر کوچکتر از موی انسان و از الیاف زیست تخریب پذیر ساخته شده است بهره مندی از این داربستها امکان استفاده موثر از سلول های بنیادی و بازسازی سریعتر را فراهم می آورد.  نانوالیاف الکتروکروسون با استفاده از لوله های میکروسکوپی با قطر بین 100 تا 200 نانومتر تهیه میشوند. اینها همانطور که ساخته میشوند در قالب یک شبکه همدیگر را گیر می اندازند. الکترواسپینینگ (برق ریسی) اجازه میدهد تا ساختمان این شبکه ها یعنی قطر لوله، ضخامت و مواد مورد استفاده کنترل شوند.  نانو داربست در بدن در محلی که فرایند بازسازی در حال اتفاق افتادن است قرار میگیرد. پس از تزریق، سلولهای بنیادی به داربست اضافه می شوند. پس از تزریق، سلولهای بنیادی به داربست اضافه میشوند. سلولهای بنیادی که به یک داربست متصل شدهاند در سازگاری با محیط پیرامونشان و انجام روند بازسازی موفق تر به نظر می رسند.پایانه های عصبی در بدن از میان حفرههای موجود در داربستها به آن متصل میشوند این روند باعث میشود که آنها به عنوان پلی برای اتصال بخشهای قطع شده عمل کنند. با گذشت زمان داربست ها در محل خود انحلال پیدا میکنند و از بدن بدون خطر خارج میشوند. 
این فناوری ترکیبی از تحقیقات مربوط به سلول بنیادی و  فناوری نانو است. توانایی ترمیم اعصاب آسیب دیده بزرگترین چالش و امتیاز برای بسیاری از محققان است و همچنین گامی بزرگ در زمینه پزشکی می باشد.  این امر به پزشکان اجازه میدهد که اعصاب آسیب دیده در یک تصادف شدید مثل وقوع سوختگی درجه سوم را ترمیم کنند. با این حال تکنولوژی هنوز در مراحل اولیه خود است و هنوز قادر به بازسازی ارگان های پیچیده مثل قلب نیست. اگرچه در حال حاضر میتوان از آن برای ایجاد پوست، استخوان و ناخن استفاده کرد. نشان داده شده است که نانو داربستها ۴ تا ۷ برابر در حفظ سلولهای بنیادی در بدن موثر تر هستند همین قضیه باعث میشود تا کار خود را به طور موثری انجام دهند.بدین ترتیب با این تکنولوژی می توان اندامها را حفظ کرد در غیر این صورت نیاز به قطع عضو وجود دارد.  نانو داربست یک سطح بزرگی برای موادی که تولید میشوند، همراه با خصوصیات شیمیایی و فیزیکی قابل تغییر فراهم می کند. بدین ترتیب اینها در بسیاری از انواع مختلف زمینه های تکنولوژی قابل اجرا می باشند.

ویژگی های مکانیکی

خواص مکانیکی یکی از مهمترین ملاحظات است زمانی که داربست ها برای استفاده ی پزشکی طراحی می شوند.اگر خواص مکانیکیِ، به ویژه ضریب کشسانی و الاستیسیته، داربست با بافت میزبان هماهنگ باشند احتمال دارد که بازسازی را مهار کند یا اینکه به طور مکانیکی شکست بخورد.

داربست های استخوان

همانند استخوان در حالت طبیعی، مسئله ی اولیه با داربست های استخوان، شکنندگی آنهاست. آنها معمولا رفتار الاستیک خطی را دنبال میکنند و تحت نیروهای فشاری، یک حالت کفه و ترمیم یادآور سلول های جامد و همچنین استخوانهای ترابکوالر را تجربه میکنند.  ضریب کشسانی یا الاستیسیته ی استخوان های طبیعی بین 10 تا 20 GPa است که نشانگر وجود مقاومت بالایی در برابر فشارهای مکانیکی است.  بنابراین داربست استخوان باید همانند استخوان طبیعی سخت باشد. در غیر اینصورت داربست ضمن ترک برداشتن با شکست مواجه خواهد شد و قبل از اینکه بافت میزبان بازسازی شود انتشار پیدا می کند . با این حال اگر داربست به طور قابل توجهی سخت تر از بافت اطراف باشد عدم انطباق کششی و تداوم در مرز داربست با علت فشار استخوان طبیعی صورت میگیرد و میتواند نقص های ناخواسته ایجاد کند.

داربست عضله قلب

عضله قلبی دارای ضریب الاستیسیته و کشسانی تنها در حدود ۱۰ مگاپاسکال دارد که سه مرتبه کوچکتر از استخوان است. با این حال، در پمپاژ های قلبی فشار چرخه ای ثابتی را تجربه میکند.  این به این معناست که داربست باید هم سخت و هم الاستیک باشد.یک ویژگی ای که با استفاده از مواد پلیمری حاصل میشود.

مهندسی طناب نخاعی

طناب نخاعی همچنان چالش دیگری را در مهندسی خواص مکانیکی برای مهندسی بافت ارائه می دهد. دیسک ها در ستون فقرات مانند استخوان سخت هستند و باید فشار مکانیکی زیادی را تحمل کنند. این قسمت از ستون فقرات باید با یک ضریب الاستیسیته بالایی مهندسی شود. دیسکها با ماده سفید و خاکستری پر شده اند که ژل مانند بوده و سختی کمی دارند. در اصلاح یک نقص در ماده خاکستری ضریب باید دقیقا همانند باشد تا ویژگی های جذبی تحت تاثیر قرار نگیرند. عدم هماهنگی در ضریب کشسانی از ارتباط میان مواد بازسازی کننده و همچنین ماده خاکستری میزبان و لایه بیرونی استخوان ممانعت می کند.