استخدام الميكانيكيات الدقيقة القائمة على الهيدروجيل لتشكيل شبكة الناموسيات

(أ) التطورات الأخيرة [في هندسة الأنسجة] التي يمكن أن تُسترشد بها الميكانيكيات المولدة من الهيدروجيل في تكوين شبكات النسيج؛ وهذه الميكانيكيات الدقيقة تُكرِّر الهندسة وحجم الكبسولات الطبيعية، مما يتيح إيصال المغذيات والأكسجين في أعماق الأنسجة المصممة؛ وذلك بتوفير نموذج مادي لمواءمة الخلايا الثابتة وتشكيل الشحوم، ومعالجة الأنسجة المجهرية المحتوية على ماء.

مقدمة إلى شركة هيدروغل ميكروكانيل

فالشبكات البوليمرية المتشابكة التي تحتفظ بحجم كبير من المياه، وعادة ما تبلغ 90-99 في المائة من وزنها الإجمالي، ونسبة ماءها المرتفعة، والتشابه الميكانيكي للأنسجة اللينة، والخصائص الكيميائية الحيوية التي لا يمكن تحصيها، تجعلها مطوّرات جذابة لثقافة الخلايا وهندسة الأنسجة، وعندما تُنقِع الميكانيكيات الصغرى من عدة خيام إلى بضع مئات من الميكات المميتة في هذه القنوات المحتوية على مائل الميكروفية.

وعلى عكس المكشوفات العشوائية، فإن الهيدروجيلات المتناقلة توفر رقابة حاسمة على الهيكل النسيجي، وهذا أمر بالغ الأهمية لأن كفاءة النقل الجماعي في الأنسجة تتوقف على الترتيب الجغرافي للشبكة النسيجية، ومن خلال قياس القنوات الهندسية، والمباعدة بين الزوايا، والربط الشبكي، يمكن للباحثين أن يستغلوا كفاءة النسيج ويحولوا محركات التحلل الفيزيائي [1]

تقنيات التكاثر

وتستخدم عدة تقنيات ثابتة وناشئة لإنشاء ميكانيكيات مصغرة هيدرجيل، حيث توفر كل طريقة مزايا متميزة من حيث الحل، والقابلية للتقسيم، والتوافق المادي، وسهولة التكامل مع العناصر الأخرى، ويتوقف اختيار نهج النسيج على الاحتياجات المحددة لنموذج الأنسجة، بما في ذلك حجم القنوات، والتعقيد في النمط، ونوع الهيدروجيل المستخدم.

Photolithography

ويحتاج التصوير الفوتوغرافي، المكيَّف من صنع شبه الموصلات، إلى استخدام الفلك الضوئي والضوء فوق البنفسج لربط مناطق محددة من سلائف هيدروجيل مراعية للضوء، ومن خلال الكشف الانتقائي للمواد، وأنماط الهدر المتشابكة والسلائف غير الموصولة (المغسلة بعيدا) إلى نماذج مصغرة ذات قدرة عالية الاستبانة (منخفضة إلى 5 ميكرومات) تشمل سواتل ملتقطة.

3D Bioprinting

وهناك ثلاث خلايا من المستودعات ذات الطابع البيولوجي المختلط، وهي خلايا مائية متطورة ذات طابع مركب، وهي قادرة على بناء مكوّنات مصغرة ذات قدرة على إحداث مضاهاة بين الكائنات الحية، كما أن الطباع المزودة باختراعات لاتينية، يمكن أن تولد قنوات متطورة لدعم الظواهر المناخية، أو باستخدام أزياء متجانسة ذات طابع زائفي (مثلا، Fluronic)

التصغير

ويشتمل التحلل الدقيق على إلقاء سليفة هيدرالية على ميكروكات مجهزة بالبلاد الجاهز، ثم إزالة العفن من أجل ترك قنوات هولو، ويمكن أن يُصنع القالب من مصممات للصور أو السيليكون أو مواد قابلة للحل مثل الجيل أو السكر، كما أن التحلل البسيط باستخدام الطوابع المتعددة الديثيل المسيل للسكر هو متغير شائع:

لاسر

(ب) استخدامات التراكم الليزري المركّزة لإزالة المواد الهيدروجيلية محلياً، وتشكيل قنوات بعد اختراقها بالفعل، وتسمح أجهزة الليزر المحتوية على أشعة لاسفلية بالفحص الميكانيكي الفرعي (الميكرومتر) وثلاث أجهزة متحركة دون الحاجة إلى طبقات التضحية، وهذه العملية غير قابلة للتحكم ويمكن تطبيقها على الهضلات التي تعمل بالفعل في الخلايا.

الطرائق الناشئة

وقد اكتسبت الاغراء التضحية كطريقة لإنشاء شبكات معقدة مترابطة، كما أن مواد مثل الزجاج الكربوهيدراتي، أو الألياف المهبلي، أو خيوط القناة الهرمية، تطبع أو تتحول إلى سلائف متطورة، وتتكون من محرك متحرك، ثم تذوب لترك القنوات المهبلية، ويمكن أن يولد هذا النهج أنماطاً هرمية متطورة من حيث التدفق

دور شبكة الناموسيات

منظمة خلية إندوتيل التوجيهية

ويتمثل الدور الرئيسي للميكانيكيات المصغرة المولدة بالهيدروجيل في توفير غطاء مادي يوجّه خلايا ثابتة إلى تركيبات الأوعية وتشكيلها، وعند البذور في القنوات، تتمسك الخلايا المولدة بالجدران، وتتكاثر وتهاجرها على طول المحور، ويعزز قياس التربة تكوين محركات احتكارية تتخلل بعد ذلك عملية الارتداد المائي المركزي بحوالي ٢٤

التمكين من المغذيات ونقل الأكسجين

ومن بين الحدود الأساسية للأنسجة المصممة المسافة التي تفصل بين الأكسجين - ٠٠١-٢٠٠ ميكروغرام، وبدون شبكة من الوعائيات، أصبحت الخلايا في البنى السميكة منخفضة ودقيقة، وقد تغلبت الميكانيكيات الدقيقة على ذلك بتوفير وسائل نقل متجانسة، مما أدى إلى تفريق الأوكسجين والمغذيات في جميع أنحاء السائل المتحرك، وتؤكد نماذج حاسوبية أن شبكة من قنوات الميكانيكية الصغيرة تحتفظ ب ٢٠٠ ميلي

التكامل مع الإرث المضيف

وبالنسبة للشبكات الميكانيكية (FLT:0) في النسيجات الميكانيكية وحدها، يجب ألا تدعم الميكانيكيات المصغرة المصممة النمو الخلوي فحسب، بل أن تترابط أيضا مع نظام النسيج الدائري في البلد المضيف، وأن تُظهر الرشقات المولدة من المولدات المائية المحتوية على ميكانيكيات صغيرة ذات مكامن مثبتة في الصدر.

الخلية السلوكية في الميكانيكيات الدقيقة

تركيب الخلايا المميتة وصناعة اللومين

وتظهر الخلايا المتولدة في أجهزة التكتل المائي المائي المائي المحتوية على ميكروفونات مميّزة وسلوك وظيفي مقارن بمواد البوليدي 2D، وتدفع هذه الخلايا إلى اعتماد شكل أكثر شبهاً، مع وجود ألياف الإجهاد الرئوي الممتد على طول محور القناة، وهذا التناسق أمر حاسم بالنسبة لتشكيل قنابل دوائية متماسكة

نظم الزراعة المشتركة والبرية

In native tissues, endothelial cells are supported by pericytes and vascular smoothعض cells that provideميكانيكيal stabilization and paracrine signaling. Incorporating these mural cells into hydrogel microchannels has been shown to improve vessel maturity and longevity. Co-culture models typically seed endothelial cells inside the lumen and pericytes within the surrounding hydrogel specward

آثار الاستخدامات الدقيقة للمرافق البيئية

ويمكن تصميم مصفوفة الهيدروجين نفسها بحيث تكون قادرة على تقديم مكوّنات كيميائية وبيولوجية فيزيائية تؤثر على سلوك الخلايا، كما أن معدلات التكاثر والاختراق والتدهور والكثافة الضاربة تؤثر على الترسب المائي واستقرار النسيج، مثلاً، فإن المهادئ التي تستخدم في تخزينها يتراوح بين 400 و800 باطل (تمثل في خلق الكبد أو الأنسجة الارتجية) تدعم

التطبيقات والتوجيهات المستقبلية

منافذ مُعَلَّمة

ويجري تطوير الميكانيكيات الجاهزة للهيدروجيل لتعريف النسيج قبل زرعه، أما بالنسبة للتطبيقات التي تتراوح بين مغازلة الجلد وقطع القلب، فإن الميكانيكيات الدقيقة المجهزة مسبقاً والمجهزة بخلايا الارتداد الذاتي يمكن أن تعجل عملية دمج النسيج وتخفض من النيتروز، وقد أظهرت الدراسات الحيوانية أن البنى المتطورة التي تحتوي على شبكات الميكانيكية الصغيرة قد تحسنت بدرجة كبيرة

نظم نسيجية

كما أن أجهزة الاختبار ذات الميكانيكيات العالية تعمل على استخدام أجهزة الجيل المائي المصغرة لتمثيل البيوت، وهي تحتوي على مجموعة من أجهزة الميكانيكية ذات الميكانيكية العالية، وهي تحتوي على مواد كيميائية ذات صلة بالدواء، وهي خلايا ذات صلة بالدواء الميكروفي، وهي خلايا تعتمد على الرئتين، وخلايا مائية مائية مائية، وهي خلايا ذات صلة بالدمغة.

الطب الإبداعي

وفي الطب الإبداعي، يجري استكشاف الميكانيكيات المصغرة المولدة من الهيدروجيل (FLT:0) في الموقع ]

التكامل مع الفلوريد

وبالإضافة إلى ذلك، فإن تركيب أجهزة ميكروفلورية هيدروغيل ذات مضخات خارجية تعمل على تمكين ثقافة الارتحال الدينامية، وهي ضرورية لصيانة السفن ونضجها في الأجل الطويل، كما أن النظم التي تتضمن أنماطاً قابلة للبرمجة، وتدرجات الأوكسجين، والحفز الكيميائي يمكن أن تؤدي إلى تخفيف رقائق الاضطرابات المعقدة للخصائص الأصلية، وعلى سبيل المثال، إلى زيادة التركيز الدوديقي على مركبات البوليت الارت.

التحديات والحدود

النزاهة الهيكلية والاستقرار الطويل الأجل

ومن العقبات الرئيسية الحفاظ على سعة الميكانيكيات الدقيقة على مدى فترات ممتدة، حيث أن الهيدروجيلات هي بطبيعتها لينة ويمكن أن تتدهور أو تنهار تحت ضغط مستمر من الارتداد، وتشمل الاستراتيجيات الرامية إلى تعزيز القنوات التناغم بين الكثافة المتقاطعة، أو إدماج البوليمرات المقاوم للتكاثر، أو إضافة طبقة رقيقة من التصفيق الميكانيكي مثل ضربات الألياف أو التكلور حول نظم التخريب.

التصعيد والهرم الطائر

فالتراث الطبيعي هرمي: ففرع الشرايين الكبير إلى الشرايين ثم إلى المصاعد، إذ أن إصلاح هذا التسلسل الهرمي في مبنى مهندس يتطلب قنوات من عدة سمات تنتقل بسلاسة من أحد النطاقات إلى آخر، ويكافح العديد من تقنيات الصنع لإنتاج هذه الشبكات المتعددة النطاق دون التضحية بقرار أو تثبيط مقاومة شديدة للسوائل.

عدد سكان الخلايا الخطرة

ولا تُستخدم شبكة الأوعية الدموية الوظيفية في الخلايا الثابتة فقط؛ كما تشمل الخزائن، والزنازين العضلية السلسة، والألياف الخلوية، والخلايا المناعية، كما أن تركيب هذه الأنواع المختلفة من الخلايا في المنظمة المكانية الصحيحة داخل الميكانيكيات المجهرية أمر لا بد منه - فلدى اختيار المواد الوسيطة للثقافة، ومكملات عوامل النمو، والكثافة التي تُظِّل الخلايا، يجب أن تُفضَّل إلى دعم إمكانية إضافة مواد.

خاتمة

وعلى الرغم من أن الميكانيكيات المصغرة القائمة على الهيدروجيل تمثل منصة قوية لإنشاء نظام تشغيلي متعدد التخصصات () في شكل بيض و، فإن هذه النظم تتيح إمكانية التحكم في النسيج الجغرافي الذي يُسترشد به في المستقبل، مما يتيح إمكانية رفع مستوى التصنيع من الصبغة الضوئية إلى 3D من الطباعة الحيوية.

For further reading, see: Nature Reviews Materials review on hydrogels for tissue engineering; Advanced Materials on 3D bioprinting of vascularized tissues; Biomaterials on sacrificating microlating