 |
 |
| داربست آلژینات هیدروکسی آپاتیت | داربست پوستی PCL |
میکرو سی‌تی (میکرو توموگرافی کامپیوتری) یک روش تصویربرداری پیش‌بالینی مدرن است که امکان نمایش غیر مخرب و آنالیز ساختار نمونه را با وضوح چند میکرومتر فراهم می‌کند. میکرو سی‌تی به یک ابزار استاندارد و ضروری برای کمّی‌سازی روابط ساختار-عملکرد، پیشرفت بیماری و بازسازی در مدل‌های بالینی تبدیل شده است و پیشرفت‌های علمی زیادی را در حوزه‌ی مهندسی بافت در 30 سال گذشته تسهیل کرده است.
مهندسی بافت از حوزه‌ی توسعه‌ی زیست‌مواد تکامل یافته و به عملِ ترکیب داربست‌ها، سلول‌ها و مولکول‌های فعال بیولوژیکی با بافت‌های کاربردی اشاره دارد. هدف مهندسی بافت جمع‌آوری ساختارهای کاربردی است که بافت‌ها یا کل اندام‌های آسیب‌دیده را بازسازی، حفظ یا بهبود بخشد. پوست و غضروف مصنوعی نمونه‌هایی از بافت‌های مهندسی شده هستند. Micro-CT به عنوان یک ابزار تجاریِ در دسترس در میانه‌ی سال‌های پر رونق مهندسی بافت (یعنی دهه‌های 1980 و 1990) ظهور کرد و آن را کاملاً برای استفاده‌ی گسترده قرار داد زیرا مشکلاتی که مهندسان بافت با آن مواجه هستند مستلزم غیرمخرب، سه‌بعدی و کمّی بودن تکنیک‌های تصویربرداری است.
داربست‌ها باید ویژگی‌های مکانیکی را با سینتیک تخریب و محصولات جانبی، تخلخل کافی برای نفوذ و پخش سلولی، و ویژگی‌های دارورسانی و سایر معیارها متعادل کنند. بنابراین، کمّی‌سازی غیرمخرب ویژگی‌های ریزساختاری مانند تخلخل، نسبت سطح به حجم، اتصالات متقابل و ناهمسانگردی برای بهینه‌سازی داربست ضروری است و میکرو سی‌تی پتانسیل ارائه‌ی داده‌های جامع در مورد این پارامترها را دارد. تخلخل داربست و اتصال متقابل منافذ، عوامل کلیدی در طراحی مواد زیستی برای قادر ساختن مهاجرت سلولی، تکثیر، و تولید ماتریس خارج سلولی و تسهیل رشد بافت و تهاجم به عروق خونی هستند، اما در سایر پارامترهای داربست، مانند خواص مکانیکی، بررسی دقیق مورد نیاز است. Micro-CT به ابزاری حیاتی برای ارزیابی کمّی و غیرمخرب ریزساختار داخلی داربست برای هدایت طراحی و ساخت داربست تبدیل شده است و امکان ارزیابی غیرمخرب رفتار ریزساختاری و مکانیکی داربست‌های چند فازی و تقویت شده با الیاف و همچنین تخریب داربست طولی را فراهم می‌کند.
Micro-CT همچنین برای ارزیابی توانایی ساختارهای استخوانی مبتنی بر سلول مهندسی بافت برای تشکیل ماتریکس معدنی بیولوژیکی در شرایط آزمایشگاهی استفاده می‌شود. مطالعات نشان دادند که تمایز استخوانی سلول‌های بنیادی در شرایط آزمایشگاهی به مواد بستر و ویژگی های ریزساختاری، منبع سلولی (به عنوان مثال، مایع آمنیوتیک در مقابل سلول‌های مزانشیمی مشتق از مغز استخوان) و ابعادی (یعنی دو بعدی در مقابل سه‌بعدی) و شرایط کشت بیومکانیکی بستگی دارد. بر خلاف سایر آزمایش‌های استخوان‌زایی آزمایشگاهی، میکرو سی‌تی کمّی‌سازی طولی دوره زمانی کانی‌سازی را به صورت سه‌بعدی بدون تداخل با رشد سلولی یا تولید مواد معدنی امکان‌پذیر می‌کند، که یک ویژگی مهم برای مقایسه‌ی منابع سلولی مختلف با سینتیک کانی‌سازی متفاوت است. علاوه بر ریزساختار داربست، میکرو سی‌تی امکان ارزیابی تشکیل استخوان مهندسی شده‌ی بافتی را در مدل‌های حیوانی فراهم می‌کند.
درک توزیع و نفوذ سلول‌ها در ساختارهای بافتی برای مهندسی موفق بافت بسیار مهم است. Micro-CT محققان را قادر می‌سازد تا سلول‌ها را برچسب‌گذاری کنند یا از مواد کنتراست برای نمایش و کمّی‌سازی توزیع آنها در داربست‌ها استفاده کنند. این اطلاعات به بهینه‌سازی تکنیک‌های پخش سلولی، اطمینان از توزیع یکنواخت سلولی و ارزیابی اثربخشی استراتژی‌های نفوذ سلولی کمک می‌کند. همچنین بینش‌هایی در مورد رفتار سلول در داخل داربست و تعامل آنها با ریزمحیط اطراف ارائه می‌دهد.
 |
| داربست استخوانی جاگذاری شده در جمجمه موش |
توسعه‌ی یک شبکه‌ی عروقی عملکردی برای بقا و ادغام ساختارهای مهندسی بافت ضروری است. Micro-CT امکان نمایش و کمّی‌سازی عروق خونی در ساختارهای بافتی را فراهم می‌کند. این به محققان کمک می‌کند تا تشکیل، تراکم و اتصال رگ‌های خونی و همچنین تعامل آنها با بافت اطراف را ارزیابی کنند. این اطلاعات برای ارزیابی موفقیت استراتژی‌هایی با هدف ارتقای تشکیل عروق و اطمینان از رگ‌زایی مناسب سازه‌های مهندسی بافت حیاتی است.
میکرو سی‌تی می‌تواند بینشی در مورد ادغام ساختارهای مهندسی بافت با بافت میزبان ارائه دهد. با نمایش اتصال بین ساختار کاشته شده و بافت اطراف، پژوهشگران می‌توانند کیفیت یکپارچگی را ارزیابی، عوارض بالقوه را شناسایی و پاسخ میزبان را نظارت کنند. این اطلاعات به ارزیابی زیست سازگاری و عملکرد سازه‌های مهندسی بافت داخل بدن کمک می‌کند.
میکروتوموگرافی کامپیوتری مطالعات طولی را نیز امکان‌پذیر می‌کند و به محققان اجازه می‌دهد تا تغییرات در ساختار بافت را در طول زمان ردیابی کنند. با انجام اسکن‌های متعدد در مقاطع زمانی مختلف، دانشمندان می‌توانند توسعه، رشد و تخریب سازه‌های مهندسی بافت را نظارت کنند. مطالعات طولی اطلاعات ارزشمندی را در مورد تغییرات ساختاری و عملکردی که در سازه‌ها رخ می‌دهد، ارائه می‌دهند و به محققان کمک می‌کنند رفتار آنها را درک و طراحی آنها را بهینه کنند.
داده‌های Micro-CT را می‌توان برای مدل‌سازی محاسباتی سازه‌های بافت استفاده کرد. با تبدیل تصاویر سه‌بعدی به نمایش‌های دیجیتال، محققان می‌توانند خواص مکانیکی، جریان سیال و انتقال جرم را در سازه‌ها شبیه‌سازی و آنالیز کنند. مدل‌سازی محاسباتی بر اساس داده‌های میکرو سی‌تی به بهینه‌سازی طراحی داربست، پیش‌بینی رفتار ساختارهای بافتی و هدایت استراتژی‌های مهندسی بافت کمک می‌کند.
 |
| داربست کاشته شده در زانوی موش |
Micro-CT با ایجاد امکان ارزیابی غیرمخرب ویژگی‌های داربست، توزیع سلولی و ادغام بافت، به عنوان یک ابزار قدرتمند برای کنترل کیفیت و اعتبارسنجی سازه‌های مهندسی بافت عمل می‌کند. تصاویر میکرو سی‌تی را می‌توان با مشخصات طراحی مقایسه کرد تا از دقت و سازگاری سازه‌های ساخته شده اطمینان حاصل شود. همچنین این روش تصویربرداری به شناسایی هرگونه نقص ساختاری، ناسازگاری یا انحراف از پارامترهای مورد نظر کمک می‌کند.
در نتیجه، میکرو سی‌تی با فراهم آوردن امکان انجام مطالعات بنیادی در مورد ساختار و عملکرد استخوان، ارزیابی کمّی پیشرفت و درمان بیماری، توسعه‌ی استراتژی‌های جدید مهندسی بافت و تصویربرداری بافت نرم با ماده‌ی کنتراست، به پیشرفت‌های چشمگیری در مهندسی بافت کمک کرده است. هر دو سیستم میکرو سی‌تی NDT و in-Vivo از نظر در دسترس بودن و کاربرد در حال افزایش‌اند و پیشرفت‌ها و نوآوری‌های مداوم نوید ادامه‌ی این مسیر را در آینده می‌دهند.
در زیر خلاصه‌ای از کاربردهای میکرو سی‌تی در مهندسی بافت به اختصار آورده شده است:
