دانلود مقاله بر هم کنش های سلولی سطح مصنوعی چسبندگی سلول هدف

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.

تولید سطوحی که به صورت موفقیت آمیز از چسبندگی سلول حمایت کنند دارای تاریخچه تجربی هستند: دانستن شیمی خاص سطح برای کمک به چسبندگی سلول تحت شرایط کنترل شده لازم است.

ادامه تحقیقات سعی در توصیف ارزش پیش گویی طرح دارند که چرا سطوح قطبی آب دوست تر، چسبندگی سلولی بیشتری نسبت به ECM چند جزئی رقابتی یا محیط غنی از سرم داشته و چرا تأثیرات سطح سلول- ماده شیمایی در صورت حضور فقط پروتئین های ECM در غلظت های مناسب رونشینی ناچیز است.

علاوه بر چسبندگی، شیمی سطح نیز برای مشخص سازی رفتار اولیه چسبندگی سلول مهم است.

این رفتارهای واپسین برای دستگاههای مهندسی بافت بسیار پر اهمیت هستند زیرا چسبندگی سلول به تنهایی با اینکه ضروری است اما برای حفظ تکثیر و یکپارچه سازی سطح- سلول کافی نیست.

ساختار اسکلتی یاخته ای بازسازی، تهیه، مسطح سازی سلول، تغییر شکل فنوتیپ و گسترش پیوند اسکلتی غشاء شامل تماس های اصلی و دسته بندی گیرنده ها و فعالیت های نشان دار «وارونه» که مسئول تنظیم ژن بیان فنوتیپیک و تکثیر هستند، رفتارهای مهمی به شمار می روند که می بایست به مدت طولانی بر روی سلول های موجود در سطح در طول روند کاشتنی حفظ شوند.

-ماتریس برون سلولی و محرک های چسبندگی سلول EXTRACELLULAR MATRIX AND CELL ADHESION MOTIFS اجزاء گوناگون سرم قابل حل (پروتئین ها، پپتیدها) برای تسهیل چسبندگی سلول، گسترش و تکثیر و ارائه شیمی سطح متناسب با توانائی انجام آنها کاملاً شناخته شده اند.

ادامه کشفیات و مطالعات بیولوژی مولکولی اجزاء اندوژنوس ECM و سلولی نوین عامل روشن شدن زنجیره محرک های اصلی پروتئین ذخیره شده ای است که برای چسبندگی گیرنده سطح سلول به پروتئین های ECM ضروری هستند ساده ترین استراتژی‏ها نیز می توانند ترتیبات کوچک متداول پیپتیدی در پروتئین‏هایECM را که به عنوان واسطه مسئولیت چسبندگی سلول به بیومواد رونشین شده ECM را بر عهده دارند معلوم کنند.

دواستراتژی عمده ای که از اطلاعات مولکولی بر هم کنش های چسبندگی سلول- پروتئین بهره می برند از ECM و جایگزین های پپتیدی جهت اصلاح بیومواد استفاده می کنند.

رشته های آمینو اسید موجود در درون پروتئین های ECM مختلف به طور مصنوعی به شکل پپتیدهای کوچک دو برابر شده و به صورت لیگاندهای قابل حل یا لیگاندهای سطح برای افزایش بر هم کنش های سلول با سطوح بیو مواد مصنوعی تهیه می شوند.

بررسی مقالات مفصل مربوط به پپتیدها و تصحیح کننده های ECM سطح حاکی از این است که کلیه پپتیدها باید به صورت تشدید کننده های مؤثر چسبندگی سلول باشند که از مجموعه کوچک رشته های کوتاه ذخیره شده ای که در پروتئین های ECM یافت می شوند مشتق می گردند.

روشهای اصلاح سطح مختلفی برای ایجاد چنین محرکهای زیست فعال موجود در گیرنده های سلول بر سطوح بیومواد استفاده می شوند.

بیشترین بخش مطالعات را احتمالاً مولکولهای چسبنده سلول که پروتئین های سرم ECM قابل حل را که شامل فیبرونکتین، ویترونکتین، خانواده کولاژن ها، ترومبوس پوندین استئوپونتین، فیبرونوژن، فاکتورفون ویلبداند، لامینین هستند در برخی گیرند.

از این گروه، دسته فیبرونکتین‏ها تقریباً در تمام مایعات فیزیولوژیکی همچنین سطوح سلول که بیشترین تحقیقات چسبندگی سلول را به خود اختصاص داده اند یافت می شوند.

محرک های پپتیدی و آرجنین- گلیسین- آسپارتیک اسید- سرین (RGDS) تیروسین ایزولوسین- گلیسین- سرین- آرژنین (YIGSR)، یا ایزولوسین- لیسین- والین- آلانین- والین (IKVAV) در داخل رشته های آمینو اسید اولیه اکثر پروتئین های ECM وجود داشته و وظیفه حمایت (کمک به ) چسبندگی سلولی واسط بین خانواده اینتگرین گیرنده های سطح سلول را بر عهده دارند.

تشخیص گیرنده، مشخصه های کامل پیوند و رفتارهای قابل توجه بعدی ترکیب ECM پروتئین – سلول به طول مؤثری توسط این رشته های کوتاه ECM ساکن بر سطح بیان می شوند.

این رشته های اصلی آمینو اسید که اهمیت خاصی در چسبندگی سطح- سلول دارند به طور گسترده به صورت پپتیدهای تحریک زای انتگرین مورد مطالعه قرار گرفته اند.

تاکنون وسیع ترین مطالعات انجام شده در مورد لیگاند چسبندگی پپتید شامل آرژنین- گلیسین- اسید اسپارتیک یا رشته RGD بوده است.

که در همین واحد تکرار شوند، نوع III فیبرونکتین گلیکوپروتئین ECM یافت شده اند.

این رشته فیبرونکتین RGD درد قسمت مرکز این پروتئین جای گرفته است.

مشاهدات اخیر نشان می دهد که RGD به تنهایی در فیبرونکتین جذب شده عمل نمی کند بلکه به شکل زنجیره به دنبال رشته های کناری پروتئین فعال شده و سبب افزایش تشخیص گیرنده سلول و رفتارهای چسبندگی کامل می شود.

معمولاً فیبرونکتین رونشین شده بر سطوح باعث افزایش چسبندگی سلول می شود.

تعادل میل ذاتی پیوند فیبرونکتین به گیرنده سلول در سطح و ساختار (ترکیب) به صورت فوق تعادل بیان می شود؛ میل پیوند گیرنده سلول برای فیبرونکتین قابل حل به طور قابل ملاحظه ای کمتر از آن چیزی است که در فیبرونکتین جذب شده در سطح یافت می شود.

رشته RGD مصنوعی به تنهایی بسیاری از خصوصیات چسبندگی سلول فیبرونکتین را دو برابر می‌کند، البته نه تمام خصوصیات را.

ملاحظه ویژگ مهم فیبرونکتین، اندازه حوزه های گوناگون با حدود KDa 40 و پیشنهادات اخیر مبنی بر اینکه قلمرو (محدوده) پروتئین دیگر نیز در کامل شدن پیوند سلولی نقش دارند قابل توجه است.

اساساً چسبندگی رشته RGD در بین کلاژن نوع I تروموبوس پوندین، فیبرمینوژن، فیبرونکتین استئوپونتین، سیالو پروتئین استخوان I و احتمالاً پروتئین های دیگری که هنوز کشف نشده اند مشترک است.

انواع قابل حل وتیتر شده پپتیدهای RGD را می توان به ترتیب به عنوان بازدارنده ها و کاتالیزورهای چسبندگی سلول استفاده کرد.

منابع تجاری این پپتیدهای قابل حل بی شمارند.

از آنجا که این مولکولها به آسانی در دسترس هستند در هنگام ساکن سازی آنها کمتر از 100 برابر منابع اصلی ECM و کاتالیزورهای مؤثر چسبندگی جرم داشته و به طور گسترده در دستگاههای مختلف فن آوری زیستی و پزشکی زیستی به کار برده می شوند.

در ثانی، هنگامی که تثبیت RGD (جزئیات بعداً توضیح داده خواهد شد) به عنوان بخشی از هدف یابی سلول مورد توجه قرار گرفت، گروههای جدید بیومواد با توانایی جذب دسته های خاصی از پروتئین چسبنده، پپتیدها، کربوهیدرات ها، فسفولیپیدها و اسیدهای نوکلوئیک بر روی سطوح لیگانهای خاص سلول طراحی شدند.

-گیرنده میانی چسبندگی سطح- سلول RECEPTOR-MEDIATED CELL-SURFACE ADHESION مکانیزم های چسبندگی سطح- سلول به طور گسترده ای مورد بررسی و دسته بندی قرار گرفته اند.

هم گیرنده ها و هم لیگاندهای هدف آنها مورد بازبینی قرار می گیرند.

آنچه در این فصل مورد تأکید قرار می گیرد به جنبه های افزایش پیوندهای سلول- گیرنده به سطوح تثبیت شده لیگاند که سبب افزایش رشد و نمو متعاقب تماس مؤثر پراکندگی و پاسخ های نشان دار می شود محدود می گردد.

گیرنده های انتگرین سلولی که محرک های چسبنده طبیعی ECM را می شناسند، هم در پروتئین ها و هم در پپتیدهای کوتاه شده به شکل وسیعی در اغلب انواع سلولهای پستانداران از قبیل پروتئین های فراغشائی حاوی زیر بخش های فراغشائی و بروز می‌کند.

از خانواده های انتگرین های سلول مربوطه که رشته RGD آنها چه به تنهایی و چه در درون پروتئین های کامل ECM شناسائی شده اند از 16 زیر بخش شناخته شده و 8 زیربخش شناخته شده جایگشت های (استحاله های) جفتی بسیار دیگری نیز ممکن است پیوندهای بینابینی انگرین سلول ها به پروتئین های رونشین شده بر روی سطوح منجر به رفتارهای قابل ملاحظه در بیومواد و مهندسی بافت می شود.

که از آن جمله چسبش سلول ها به این سطوح و فعالیت زنجیرهای انتقال سیگنال درون سلولی ناشی از حالت ژن و تقویت (احیا) و سازماندهی دوباره اجزا اسکلت سلولی که مسئول حالت فنوتیپیک هستند را می توان نام برد.

بنابراین چسبندگی سلول بینابینی انتگرین به بیومواد به پذیرش طبیعی حوزه های (دومین های) درون پروتئین های ECM یا رشته های پپتیدی چسبنده تثبیت شده مانند RGD نیازمند است.

در روش گیرنده بینابینی (میانی) بیومواد مجتمع با سلول های آزمایشگاهی مشتق شده از بافت می بایست لیگاندهای پپتیدی انتگرین جای گرفته در سطح در دسترس بوده و از نظر شیمیایی و ساختاری پایدار باشند و در چگالی مناسب تثبیت شوند تا به پیوند لیگاند- گیرنده کمک کنند.

چندین مبحث مربوط به این موضوع در ذیل بیان شده است.

سیالات فیزیولوژیکی حاوی اجزاء سطح فعال مختلفی از جمله پروتئین ها، پروتئوگلیکان ها، پروتئازها، اسیدهای چرب، لیپیدها و پلاکت ها هستند که می توانند سبب تضعیف، تغییر، ناشناس شدن و یا حذف این لیگاندها از بیومواد شوند.

حالت گیرنده انتگرین سلول در سلول های کشت علارغم قابلیت های مشخص هر دو نوع بافت سلولی در تسهیل پیوند انتگرین- ECM اغلب از حالت نمونه های گیرنده دیده شده در ‌آزمایشگاه متمایز است.

علاوه بر این، رشته های حالت موقت انتگرین ممکن است به مرور زمان با تفکیک سلول یا تغییر فنوتیپک تغییر کنند.

رشته های کوتاه پپتیدی بازشناخته شده توسط انتگرینهای و مختلف تنها اطلاعات اصلی رشته را نگهداری می کنند: به خاطر اینکه، آنها برای گذارهای ساختاری دو ‍(اتمی)، سه (اتمی)، چهار (اتمی) بسیار کوچک هستند.

لذا، این پپتیدهای کوتاه نسبت به تغییرات القایی طبیعت سطح، حلال و گرما پایدار می باشند.

رشته های مصنوعی بلندتر پیتیدی زیست تقلیدی انواع مزدوج شده با فضا پرکن‏های جانبی، واحدهای پیتیدی دیگر، یا ساختارهای بیوپلیمری بلندتر ممکن است نسبت به اغتشاشات ساختاری یا تغییرات آنزیمی که تشخیص انتگرین در سطح را کاهش می دهد حساس تر باشند.

رشته های قابل حل RGDS به عنوان مهار کننده توانایی پلاکت ها در شرکت آنها در تجمع پلاکتی و بازدارندگی چسبندگی فیبروبلاست به سطوح از پیش پوشش داده شده فیبرونکتین شناخته می شود.

-اتصال سلول- پپتید و پروتئوگلیکان CELL-PEPTIDE AND PROTEOLOGYCAN BINOING با وجود اینکه پروتئین های مختلف حاوی رشته های پپتیدی RGDS به عنوان لیگاندهایی برای اینتگرین به خدمت گرفته می شوند اما رشته های پپتیدی دیگری نیز وجود دارند که با اینتگرین ها پیوند خورده و می توانند بر سطوح بیومواد تثبیت شوند وبرای پیوند و اتصال سلولی مورد استفاده قرار گیرند.

مثال هایی از رشته های پپتیدی مختلف مشتق شده از مولکولهای ECM مانند ویترونکتین، لامینین، کولاژن و فیبرینوژن نیز به عنوان واسط به کار برده می شوند.

علاوه بر این، پپتیدهای منحصر به فرد بیشتری نیز می توان بر روی سطوح تثبیت کرد تا عمل هدف یابی یک نوع سلول خاص برای چسبندگی صورت گیرد.

برای مثال، پپتید REDV برای چسباندن گزینشی سلول های اندوتلیال به بیومواد و جلوگیری از چسبش فیبروبلاست ها، سلول های نرم ماهیچه یا پلاکت ها به کار می رود.

رشته پپتیدی DGEA که در کلاژن نوع I یافت می شود از پیوند سلول های نرم ماهیچه جلوگیری کرده اما جلوی پیوند رشته های سلول فیبرو سارکوما و استئوسارکو، به کولاژن نوع I را نمی گیرد.

تثبیت فاکتور رشد نشان دهنده روش تثبیت «کل مولکول» در کشت عاری از سرم سلول است.

انسولین و فاکتور رشد اپیدرال چه به صورت همگن و چه الگویی، توانایی هدایت چسبندگی سلول بدون پروتئین های ECM دیگر را دارد.

همچنین محققان دیگری از پپتیدهای شناخته شده جهت پیوند به مولکول های بیولوژیکی به جای انتگرین هایی که بر سطح بسیاری از انواع سلول های دیگر یافت می شود استفاده کرده اند.

گلیکوزامینو گلیکان هایی (GAGs) مانند سولفات های هپارین، در اکثر سلول های پستانداران یافت شده و به عنوان لیگاندهایی برای بسیاری از پروتئین های شناخته شده مانند آنتی ترومبین III ، فاکتور رشد فیبروبلاست ابتدایی و فیبرونکتین پذیرفته می شوند.

دی و همکارانش با ساخت یک پپتید با عامل آمینو اسید پیوندی هپارین توانستند استئوبلاست های کالواریان موش را از طریق لیگاند KRSR به نوارهای پوششی شیشه ای پیوند بزنند، هر چند رشته RDGS از چسبندگی این نوع سلول مشابه حمایت نمی کند که این امر نشان دهنده پیوند سلولی مستقل انتگرین است.

ساکیاما و همکارانش در سال 1999 از چهار حوزه (دومین) پیوند هپارین آنتی ترومبین III جهت پیوند GAGs یافت شده در نرون های خلفی جنینی گونه استفاده کردند.

نتیجه به دست آمده حاکی از قابل استفاده بودن پپتیدهای درون ژل فیبرین عامل های درمانی برای بازسازی اعصاب محیطی به وسیله به خدمت گرفتن آنها تحت عنوان لوله های هدایت عصب بود.

پپتیدها و پروتئین ها تنها مولکول های بیولوژیکی کنترل کننده (تیترکننده) و حمایت کننده رشد سلولی بر سطح نیستند.

کاملاً مشخص است که سلول های پستانداران دارای توده فشرده کربوهیدرات بر سطح خود بوده و اغلب به عنوان لیگاندهای برای لکتینهای یافت شده در انواع مختلف سلول پستانداران عمل می کنند.

این بر هم کنش بین کربوهیدرات ها و گیرنده لکتین آنها برای جابجائی سلولی و چسبندگی سلول ها به یکدیگر ضروری است.

در یک تحقیق به عمل آمده دسته ای گالاکتوز تیتر شده بر سطوح PEO به پیوند هپاتوسایت های اولیه از طریق پذیرنده آزیا لوژلیکوپروتئین کمک کرده و گسترش سلولی را افزایش می دهد.

بدین ترتیب بهره گیری از مولکول های بیولوژیکی سطح- سلول در چسباندن انواع خاص سلول به بیومواد پتانسیل خوبی به حساب می آید.

-تثبیت چسبندگی سلول ADHESION MOLECULE IMMOBIL12ATION روش های به کار رفته در چسبندگی جهت مند سطح- سلول شناخته شده حاوی (1)جذب مستقیم پروتئین های ECM ای پپتیدهای مربوطه مانند RGDS به سطوح مهندسی شده بهینه جهت حفظ اشکال فعال این گونه پروتئین ها و پپتیدها (شکل 1-66)، (2) تهیه سطوح مواد به کار رفته در اتصال کووالانسی اجزاء کمینه پیوند پروتئین های ECM و یا پپتیدها به سطوح (شکل 2-66) و (3) کاربرد شناخته شده لیگاندهای خاص سلول در جهت دار کردن انواع مختلف سلول و بافت به سطح است پرداختن به تمامی قراردادهای آزمایشگاهی و روش های متداول به کار رفته در جهت دار کردن انواع خاص سلول به بیومواد از حوصله این فصل خارج است.

لذا تنها چندین مثال به همراه مقالات مرجع اصلی که بسیاری از روش های فعلی به کار رفته را با جزئیات دقیق تر در بر می گیرد تشریح می شود.

به منظور تلفیق موفقیت آمیز سلول های پستانداران با مواد جهت بازسازی بافت های عملیاتی به سطوح بیو مواد باید محیطی را که در آن نوع سلول مورد نظر به طور فعال تکثیر یافته و رفتاری مشابه شرایط فیزیولوژیکی دارد (نگهداری فنوتیپک) پرورش دهند.

این وضعیت همچنین شامل نگهداری فنوتیپ سلول درون بافت تکثیر بدون تأثیرات نامطلوب تغییر شکل یا سازگاری بازگشتی است که می تواند سبب از دست رفتن فنوتیپ متمایز سلول های حاوی هسته ناهمگون یا تکثیر با نرخ های بالا و نواحی کانونی ویژه شود.

طراحی بیومواد با درجه کنترل شده ساختار و مواد شیمیایی که سبب بهبود بازسازی انواع خاص سلول می شود برای ادامه حیات سلول و حفظ عملکرد آزمایشگاهی خصوصیات مورد نیاز برای دستگاههای مهندسی بافت ضروری است.

این روش طراحی سطوح مصنوعی کاشتنی که به طور فعال سبب تحریک رشد و تکثیر سلولی می گردد اخیراً تحت عنوان «مهندسی زیست تقلیدی مواد» نامگذاری شده است.

ساخت بیوموادی که سبب افزایش خودبخودی تحریک جهت تکمیل (یکپارچگی) بافت می شوند نیازمند هیبریدیزاسیون پیچیده شیمی، شیمی زیست، زیست شناسی سلول و مهندسی مواد است.

از آنجا که باکتری ها و سلول های ایمنی تحت مراقبت (برای مثال، ماکروفاژها) نیز دارای گیرنده هایی برای پروتئین های EMC هستند پارامترهای اجرایی این مواد شامل تحریک تلفیق سریع سلول بدون عکس العمل های گواناگون ایمنی یا تشکیل کولونی (توده) باکتری می‌شود.

هر یک از خصیصه های فیزیکی توده ماده تحت چنین سطوح مهندسی (در شکل پلیمر جامد، فلز یا مونولیت های سرامیک، ژل ها، ورقه ها، فیبرها، بافت ها، کامپوزیت ها یا ذرات) به طور جداگانه برای اصلاح سطح در کاربردهای خاص قابل ملاحظه هستند.

البته هر شیمی توده ماده چالش های مرتبط با تغییرات شیمیایی سطح در تثبیت کنترل شده و مؤثر لیگاندهای چسبندگی سلولی را ارائه می دهد.

حالت های مختلف متداول تثبیت زیستی به کار رفته در اصلاح سطوح توسط لیگاندهای قابل شناسائی در شکل 1-66، 2-62 خلاصه شده اند.

بافت مواد (Texture) توپولوژی و تخلخل نیز نقش بزرگی به عنوان واسطه رفتار چسبندگی سلول مستقل از شیمی آن بازی می کنند.

هر چند اثرات ناشی از ترکیب تثبیت زیستی لیگاند و توپولوژی سطح برچسبندگی سلول کاملاً بررسی نشده اند.

بسیاری از انواع سلولها، درآزمایشگاه بر سطوح بیومواد کشت شده اند که شامل پوست استخوان، عصب، قرنیه، سلول های اندوتلیال، نخاع، سلولهای خونساز، پلاکت ها، سلول های ساقه، سلول های کبدی، سلول های حسی مو، سلول های جزایر لانگرهانس (پانکراس) سلول های رحم، کلیه و فیبروبلاست ها جهت مطالعه وضعیت ارتباطی سلول- ماده و سلول- سلول همانند کشت سلول و اندام زایی می‌شود.

اکنون می توانیم به بحث مثال هایی از مطالعات به عمل آمده سطح- سلول در زمینه چسبندگی هدفدار سلول بپردازیم.

-سلول های خونساز HEMATOPOEITIC CELLS همه مواد کاشته شده باعث فعال شدن سلول هایی میشوند که وظیفه مراقبت از ایمنی بدن را بر عهده دارند.

این سلول ها شامل مونو سایت ها، نوتروفیل ها و ماکروفاژها هستند که با ایجاد پاسخ های مزمن یا حاد منجر به التهاب و پاسخ های مختلف محلی می شوند.

ماکروفاژها دارای گیرنده اینتگرین ماک- ا هستند که پروتئین های جذب شده بر سطوح را شناسایی می کند.

بیومواد جدید که پاسخ های ایمنی سلول را کنترل کرده و یا به حداقل می رسانند از لیگاندهای شیمی کاشتنی، آزاد سازی دارو (برای مثال، سایتوکین) یا لیگاندهای نوین بر پایه گیرنده ها که یک روش امیدوار کننده جهت اشاره به ایمن مطلوب و پاسخ های التهابی است استفاده می کنند.

کائو و همکارانش گزارش دادند که ماکروفاژهای انسانی قابلیت اتصال به شبکه های ژل پایه پلی اتیلن گلیکول پیوندی با حوزه اتصال سلول RGDS را دارند.

با وجود مشاهده مشخصه آرایش سلول های غول آسای جسم خارجی (FBGC) ناشی از پاسخ به جسم خارجی متناسب با جهت گیری ایستای نمایش داده شده RGD، اینترلوکین 4 (4-IL) سایتوکین تحریک آرایش FBGC در کاشتنی هم به وسیله سیستم رهایش که شرکت 4-IL را محدود می‏کند و هم با تزریق پادتن مونو کلونال بر علیه 4-IL قابل کنترل است.

-سیستم عصبی محیطی و مرکزی (CNS) PERIPHERAL AND CENTRAL NERUOUS SYSTEM (CNS) بازسازی عصب یک نیاز ضروری در ضعف و آسیب های سیستم عصبی محیطی و مرکزی به شمار می رود.

کاربرد بیومواد معمولاً برای بازسازی هدایت شده به منظور رشد دوجهتی مورد نیاز بوده در صورتیکه سلول های عصب اغلب به خصوصیات واسطه ای خاصی برای استفاده از بر هدایت مصنوعی عصب نیازمندند.

علاوه بر این، زمانی که اعصاب محیطی نسبت به رشد مجدد هدایت بیشتری داشته باشند، نرون های CNS قادر به بازسازی فوری آسیب ایجاد شده نخواهند بود مگر اینکه در حضور سلول بنیایی لامینای عصب محیطی یا بر سطحی مشابه این لامینای بینایی قرار داشته باشند، به طور مثال، فلوروپلیمرهایی که به طور معمول در آزمایشگاه در کاشتنی های مختلف به کار برده می شوند به عنوان یک ماده خنثی در CNS و در کل غیر چسبنده شناخته شده و با پپتبیدهای چسبنده- سلول IKVAV , YIGSR یا RGDS پیوند برقرار می کنند.

این سطوح پیوندی به رشد آزمایشگاهی نرون های هیپو کامپال اولیه کمک کرده و نشان می دهند که سطوح اصلاح شده پپتید قابلیت انطباق با بر هم کنش های سلول عصب هیپوکامپال- لامینیس را دارند.

مجموعه دیگری از تحقیقات بازسازی CNS نشان دادند که آستروسایت های قشر مخ موش توانایی رشد بر روی مواد بسیار آب گریز را داشته و می توانند یک ماتریس سلولی به طول پروتئین های مرتبط با غشاء سلول با قابلیت جذب بر سطوح در چگالی و یا ساختار مناسب تشکیل دهند.

-سلول های پوستی و اندوتلیال DERMAL AND ENDOTHEL CELLS شاید بتوان بیشترین تلاش فن آوری یکپارچه سازی مواد سلول را از جنبه بازارهای تجاری، تهیه مواد مصنوعی یا بیوهیبرید برای ترمیم جراحات پوستی دانست.

کلاژن مهمترین جزء ECM به شمار رفته که به دلیل توانائی های شناخته شده در کمک به چسبندگی، تکثیر، تفکیک و جابجائی سلول به طور گسترده ای به اشکال مختلف در بیومواد به کار می رود.کلاژن خانواده ای شامل حداقل 15 پروتئین مجزا را با عملکرد متفاوت در بر می گیرد.

هر نوع کلاژن دارای توزیع بافتی و عملکرد ویژه ای است.

کلاژن نوع I شامل رشته های RGD و DGEA شناخته شده در بر هم کنش با انتگرین ها است.

شکل 3-66 تعدادی از انواع سلول ها را نشان می دهد که به طور موثر در میان ماتریس های مختلف کلاژن چسبیده و حرکت می کنند .

البته این چسبندگی و جابجائی به مولکولهای اضافی چسبنده سلول که شامل لیگاندهای سطح سلول برای اینتگرین ها است.

بستگی دارد که به طور شماتیک در شکل 3-66 آورده شده است.

کلاژن پپتوئید کلاژن تثبیت شده تقلیدی مواد از واحدهای تکراری هلیکال Gly-Pro-Nleu تشکیل شده است که فعالیت پیوند سطح سلول را نشان می دهد.

این پیوند توسط پپتید KDGEA که با اینتگرین بر هم کنش می کند ممانعت می‌شود.

علاوه بر این جهت اصلاح مستقیم کلاژن به وسیله لیگاندهای RGD تحقیق دیگری صورت گرفت که در آن ماتریس های کلاژن- گلیکوزا مینو گلیکان به شکل کووالانسی توسط یک پپتیدحاوی RGD جهت افزایش بر هم کنش سلول با کاشتنی های متشکل از این مواد اصلاح شدند.

هر دو این اجزا ماتریس بیوپلیمر بخش هاای مهمی به شمار آمده که شبکه های فیبری تکامل یافته مولکولهای ECM موجود در غشاء زیرین (اصلی) و ECM غیر اکتسابی (مادرزادی) راشکل می دهند.

سه نوع سلول مورد آزمایش قرار گرفتند، سلول های فیبروبلاست، کراتینو سایت ها، و اندوتلیال ها که همگی برای درمان جراحت اهمیت داشته و نشانگر افزایش چسبندگی ماتریس های اصلاح شده پپتیدی بر روی مواد کولاژن- GAS است.

بدین ترتیب برهم کنش های بهبود یافته ماده- سلول در کلاژن واسطه ای از جانب جذب اینتگرین پایه سلولی رشته RGD در ماتریس به حساب می آیند.

-اسکلتی SKELETAL کاشتنی های با ساختار استخوانی مختلفی در انواع متفاوت برای پرسازی فضا و جایگزین های ساختاری هم در زمینه های دندانی و هم پزشکی به کار برده می شوند.

آلیاژهای تیتانیوم به دلیل استحکام و خصوصیات فصل مشترک زیستی (Biointerface) مناسب با سلول های استخوان در بدن به کار برده می‌شوند.

پوشش سطح میله های تیتانیوم به وسیله ماده شیمیایی طلا- تیول با رشته پپتیدی RGDC پوشیده شده و درون فمورموش کاشته شد.

نتیجه به دست آمده حاکی از افزایش قابل ملاحظه آرایش (ساختار) استخوان در اطراف کاشتنی های تیتانیوم اصلاح شده پپتیدی نسبت به کاشتنی های اصلاح نشده بود.

آلکین سیلان های قطع شده توسط پپتیدی RGD با استفاده از اکسید طبیعی برای جفت سازی جهت افزایش چسبندگی سلول در آزمایشگاه به منظور اصلاح سطوح تیتانیم به کار برده می شوند.

اکسید سیلیکون نیز توسط RGD- سیلان های مشابه اصلاح شده که نشانگر افزایش کنترل فضایی چسبندگی سلول است.

بدین ترتیب حضور رشته RGDC می تواند سبب افزایش طولانی مدت یکپارچگی استخوان- فلز توسط انتگرین سلول استخوان واسط در پیوند با لیگاندهای پپتیدی بر سطوح کاشتنی شود.