این فصل روش های به کار رفته در چسباندن و پایدار سازی اتصالات مختلف انواع سلول پستانداران را بر سطوح بیو مواد تشریح می‌کند. چنین تحقیقاتی برای تحریک (ترغیب) احیا و درمان سلول در فصل مشترک بافت- بیومواد بسیار اهمیت دارد. یکپارچگی سریع سلولی و بافت در کاشتنی های دراز مدت دستگاههای رهایش دارو و داربست های مصنوعی بافت که در بازسازی اندام کنشی مورد استفاده قرار می گیرند، جهت جلوگیری از مشکلات التهابی و ایمنی ناشی از پاسخ مزمن به جسم خارجی و نقص دستگاه ضروری است. اگر روش های بررسی شده روی سلول های ویژه هدف واقع در سطح بیومتریال از بر هم کنش های بین گیرنده های انتگرین سطح سلولی با مولکولهای ماتریس برون سلولی رونشین شده یا با اتصال کووالانسی (برای مثال، فیبرونکتین) یا با RGD که شناخته شده ترین ماده پپتیدی پیوند سلولی است بهره می گیرند. این فصل روشهای اتصال سلول ها به سطوح را از طریق گیرنده های سلول بازنگری کرده کاربرد برخی مولکلولهای پیوندی غیر انتگرین را در چسبندگی سلول تشریح کرده؛ سلول جامد (سخت)، پلیمر ها و ماتریس های ژلی به کار رفته در بیومواد چسبنده سلولی را بررسی کرده، به طور مختصر قراردادهای آزمایشگاهی مورد استفاده در کنترل رشد سطوح که وابسته به چسبندگی می باشد تکثیر و علائم اتفاقات درون سلولی سطوح را توصیف کرده؛ و مجموعه گسترده ای از مراجع حاوی متون اصلی بیان کننده فن آوری، تدابیر تحقیقاتی روز و تلاش دانشمندان در گسترش این زمینه گردآوری شده است.
-سلولها در سطوح بیومواد CELLS AT BIOMATERIAL SURFACES
علارغم توسعه مداوم بیومواد جدید برای استقرار طولانی مدت در کاربردهای فن آوری زیستی و پزشکی از جمله حسگرهای زیستی، دستگاههای رهایش دارو، کاشتنی های ارتوپدی و دندانی، کاتترها، ژن درمانی، پیس میکر (دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب)، استنت ها، اندام های مصنوعی، آزمون های زیستی، مهندسی بافت و پروتزها مواد اندکی قابلیت حفظ اتصال مداوم سلول و یکپارچگی بافت ها را در محیط آزمایشگاه از خود نشان می دهند. با این وجود یکپارچگی دستگاه با بافت برای اجتناب از التهاب مزمن پاسخ های جسم خارجی و عفونت در حین بهبود کاشتنی ضروری است.
پیشرفت های حاصل از داربست های بافت، اندام کنشی و بازسازی بافت و یکپارچگی آنی (خود جوش) بیومواد به توانایی در ارتقاء، حفظ و ترتیب چسبندگی اجزاء مورد نیاز زیست مولکولی و سلول های خاص موجود در سطح و داخل بیومواد که به طور نامشخص به عمل کاشت بستگی دارد وابسته هستند. زمانی که ترتیب وقایع و نشانه های فیزیولوژیکی که چسبندگی ابتدایی سلول- بستر و تکثیر را به نوزایی سه بعدی بلند مدت بافت مربوط می سازد نا مفهوم باشد چسبندگی سلول ها به بستر ها یک رویداد بسیار مهم برای همه انواع سلول های مرتبط با چسبندگی خواهد بود. همچنین بیان فنوتیپ و تفکیک سلول به این رخداد آغازین بستگی دارد . همچنین رویدادهای مهم ثانویه در چسبندگی که بر شناخت موفقیت آمیز سطح- سلول بستگی دارند، شامل فرایند و سازماندهی پایه سلولی ماده ماتریس برون سلولی (ECM)، سیگنال های درون سلولی ارتباط بین سلولی و یکپارچگی عملیاتی یا کشت با دیگر انواع سلول های مورد نیاز در شکل دهی ساختار و معماری بافت می شوند.
لذا، زمانی که چگونگی رفتار چسبندگی سلول نتواند به طور کامل پایداری طولانی مدت و موفقیت بیومواد مهندسی بافت را مشخص کند بر هم کنش های سطح- سلول بسیار مهم شده و می تواند برای کنترل مراحل ابتدایی بین سطحی بافت- بیومواد ضروری باشد. شیمی فصل مشترک و توپولوژی سطح عوامل تعیین کننده بسیار مهم بر هم کنش های بین بیومواد و سیالات فیزیولوژیکی سلول ها و بافت هستند. به دلیل جذب همه گیر غیر مشخص پروتئین در اغلب مواد شیمیایی ابتدایی یا غیر طبیعی به کار رفته در بیشتر بیومواد بالینی مورد استفاده (برای مثال، فلزات و آلیاژها، پلیمر های مصنوعی، سرامیک ها) عکس العمل بدن به مواد خارجی مزمن و حاد، چسبندگی آنی سلول، و یکپارچگی بافت مشکل می شود. در مقایسه با چسبندگی سطح سلول و تکثیر در جهت گسترش التیام و یکپارچگی و پاسخ متعارف بدن به کاشتنی خارجی نتیجه رخداد های تشخیص سطح توسط سلول های مدوله کننده ایمنی (تنظم کننده ایمنی) است که به اشکال مرکب بر سطوح بیومواد پوشیده شده با پروتئین عمل کرده تا واکنش های التهابی را تحریک کنند. علاوه بر این واکنش های واسط چسبندگی نتروفیل، مونوسایت و ماکروفاژ نیز وجود دارند که از شناخت ضعیف سطح و پدیده های قابل توجه (برجسته) ناشی می شود. بدین ترتیب کنترل چسبندگی سلول- سطح برای بازسازی و یکپارچگی بافت طبیعی و همچنین جهت جلوگیری از پاسخ جسم خارجی التهاب مزمن و پس زنی نهایی دستگاه مهم است.
این فصل سعی دارد که اطلاعات و روش های روز به کار رفته توسط محققان را در زمینه اتصال مستقیم و شیمیایی لیگاندهای خاص چسبنده سلولی در جذب انواع خاص سلول های سطوح بیومواد را بیان کند. هدف نهایی این استراتژی ایجاد یک اتصال و تکثیر پایدار و جابچائی سلول ها بر روی بیومواد مصنوعی به منظور گسترش یکپارچگی بافت، نگهداری (حفاظت) فنوتیپی سلول و تفکیک سلول است.
از آنجا که مواد شیمایی مصنوعی یا طبیعی مورد قبول موجود در بیومواد کاشتنی ها اغلب به عنوان بهینه ساز رشد بافت، اتصال یا یکپارچگی سلول قلمداد می شوند، فصل مشترک میزبان، کاشتنی در بیشتر موارد جهت بهبود پاسخ میزبان به روش های شیمیایی اصلاح می گردد. عوماً استراتژی های اصلاح سطح پوشش دهی، تثبیت زیستی، ته نشینی، فیلم ها، پیوند زنی شیمایی و شاخه دار کردن برای بیان شیمیایی مطلوب به کار رفته و بدین وسیله بر هم کنش های فصل مشترک خاص بین بیومواد و محیط بیولوژیکی را تسهیل می کنند. روش های مختلف از جمله، فیلم های آلی تک لایه خود انتگرین، لیتوگرافی، پوشش دهی پلیمر و ته نشینی فیلم نازک، پیوندزنی و اصلاح پلاسما توصیف شده و به دو استراتژی عمده تقسیم می شوند: پس زنی زیستی غیر فعال و یکپارچگی (تجمع) سلولی فعال، روش پوشش دهی غیر فعال زا اصلاح در جهت ممانعت از اتصال یا یکپارچگی کلیه اجزاء بیولوژیک شامل پروتئین ها، پپتیدها، باکتریها و سلول ها استفاده می‌کند.
معمولاً از پوشش هیدرولوژی فوق هیدراته چرب استفاده میشود (برای مثال پلی اکریلات ها، پلی اتیلن گلیکول (PEG) پلی وینیل الکل (PVA)، دکستران ها، هپارین) در مقابل روش پوشش دهی فعال از اصطلاح شیمیایی سطح برای به خدمت گرفتن پروتئین های خاص ماتریس و انواع سلول های مطلوب در سطوح کاشتنی، ارتقاء محیط پایدار متمرکز شده در فصل مشترک کاشتنی- میزبان که نسبت به چسبندگی و تکثیر سلولی و یکپارچه سازی بافت رسانا است، استفاده می‌کند. (شکل 2-66).
این سطوح اصلاح شده بیومواد قابلیت (1) رونشینی گزینشی کامل، پروتئین های قابل حل عاملی ECM که دارای توانایی بر هم کنش مستقیم با گیرنده های یک نوع سلول هدف هستند و یا (2) ارائه لیگاندهای برانگیخته که مستقیماً با گیرنده های سلول سطح بر هم کنش می دهند را دارند. متناوباً بر هم کنش های نخستین بین درشت مولکولهای زیستی قابل حل (پروتئین ها، پپتیدها، فاکتورهای رشد) سرنوشت سلول را تعیین کرده و پیامدهای بافتی خیلی دیرتر در سطح کاشتنی ظهور می‌کند. لذا، اغلب استراتژی های فعال یکپارچه سازی سلول برای کنترل این وقایع (رفتارهای) نخستین بافت توسط فراهم سازی ترکیبات شیمیایی شناخته شده خاص در سطح به منظور اتصال پروتئین های چسبنده سلول ECM که وظیفه جذب سلول ها برای چسبیدن به بیومواد از طریق رفتار گیرنده های واسط را دار. تلاش می کنند. در حقیقت مزیت اصلی دستکاه مهندسی بافت در مورد کلیه بیومواد، توانایی کنترل رشد سلول، تکثیر و تفکیک بر روی یک سطح زیست سازگار با هدف ایجاد بافت عملکردی طولانی مدت است. بنابراین هدف فن آوری نهایی خلق مواد جدید با سطوح بر هم کنش بیولوژیکی برای ایجاد انگیزش در تولید اندام های مهندسی زیستی و بازسازی بافت است.
بسیاری از بیومواد دارای حداقل توانایی های محدود در اتصال سلول های تحت شرایط کنترل شده در آزمون های آزمایشگاهی هستند که در آنها محیط کشت سلول، ECM و دیگر پروتئین های سرم و فاکتور چبش قابل تغییر بوده تا رونشینی به شکل دلخواه صورت گرفته و چسبندگی سلول تسهیل شود. ده ها کاربرد کشت بافت پلی استایرن حاکی از اصلاح سطح خام پلی استایرن هیدروفوبیک (چسبندگی ذاتی بدون پشتیبان سلول) از طریق اکسیده کردن مقادیر تغییرات شیمیایی ترکیبات و ساختارهای پروتئین، ردیابی سرم رونشین شده بر این سطوح اکسیده شده، تسهیل موفق کشت سلولی بعد از اصلاح سطح. البته در کاربردهای عملی تر شرایط فیزیولوژیکی که تنازع کنترل نشده مقدار کم ECM قابل حل با سرم های غنی از پروتئین دیگر را مستقیماً با سطوح بیومواد (محیط چند جزئی سرم) تحت الشعاع قرار می دهند، چسبندگی سطح- سلول را مشخص می کنند. شرایط رقابتی جذب پروتئین مدل مناسب تری را برای پیش بینی و تسهیل رفتارهای سلولی مطلوب آزمایشگاهی با بیومواد، مانند چسبندگی سلول، گستردگی تکثیر، تفکیک، زنجیرهای نشان دار (سیگنال) جابجائی و در نهایت هم کشتی موفقیت آمیز و رگ زایی (آنژیو ژنسیس) ایجاد می کند.