השאלה מהטבע היא נושא עתיק יומין במדע. צורה ותפקוד הולכים יד ביד בעולם הטבע והמבנים שנוצרו על ידי צמחים ובעלי חיים משתפרים רק לעתים רחוקות על ידי בני אדם.
אם לוקחים את הלקח הזה לתשומת ליבם, מדענים מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון משתמשים בקליפות של צמחים כדוגמת פטרוזיליה, וניל וסחלבים כדי ליצור פיגומים תלת מימדיים שניתן להקדים ולזרוע אותם בתאי גזע אנושיים לייעל את הצמיחה שלהם בצלחת המעבדה ובסופו של דבר ליצור שתלים ביו-רפואיים חדשים.
כתיבה ב-20 במרץ בכתב העת Advanced He althcare Materials, צוות בראשות וויליאם מרפי, פרופסור להנדסה ביו-רפואית ומנהל שותף של UW-Madison Stem Cell and Regenerative Medicine Center, מתאר את השימוש במגוון של צמחים כדי ליצור טכנולוגיה יעילה, זולה וניתנת להרחבה לייצור מבנים זעירים שיוכלו יום אחד לשמש לתיקון שרירים, איברים ועצם באמצעות תאי גזע.
"הטבע מספק לנו מאגר אדיר של מבנים בצמחים", מסבירה ג'אנלוקה פונטנה, הכותבת הראשית של המחקר החדש ועמית פוסט-דוקטורט מאוניברסיטת מדיסון. "אתה יכול לבחור את המבנה שאתה רוצה."
הטכנולוגיה החדשה מנצלת את האיכויות המבניות האלגנטיות והיעילות של צמחים: חוזק, קשיחות, נקבוביות, מסה נמוכה, וחשוב מכל, שטח פנים. זה עשוי לעזור להתגבר על המגבלות של השיטות הנוכחיות כגון הדפסה תלת מימדית ודפוס הזרקה כדי ליצור מבני חומרי גלם ליישומים ביו-רפואיים.
"צמחים הם חומרים מיוחדים באמת שכן יש להם יחס שטח פנים לנפח גבוה מאוד, ומבנה הנקבוביות שלהם תוכנן בצורה ייחודית להובלת נוזלים", אומר מרפי.
צוות UW-Madison שיתף פעולה עם הגנים הבוטניים של מדיסון אולבריק והאוצר ג'ון וירט כדי לזהות מיני צמחים שעלולים להפוך למבנים מיניאטוריים שימושיים ליישומים ביו-רפואיים. בנוסף לצמחים כמו פטרוזיליה וסחלב, וירט ועמיתיו באולבריך זיהו את צמחי הבמבוק, אוזני הפיל והוואסאבי כצמחים שהאיכויות המבניות שלהם עשויות להיות ניתנות ליצירת פיגומים בעלי תכונות וצורות שימושיים בביו-הנדסה. הצוות גם אסף צמחים כגון בולרש חובב שטחי ביצות מהארבורטום של UW.
"המגוון העצום בממלכת הצמחים מספק כמעט כל גודל וצורה של עניין", מציין מרפי, שהתבקש לחקור את עולם הצמחים לאחר שהביט מחלון משרדו אל שמורת הטבע לייקשור של UW-Madison."זה באמת נראה מובן מאליו. צמחים טובים בצורה יוצאת דופן בטיפוח רקמות ואיברים חדשים, ויש אלפי מיני צמחים שונים זמינים. הם מייצגים חומר מזין אדיר של חומרים חדשים ליישומים של הנדסת רקמות."
הגישה החדשה לייצור פיגומים להנדסת רקמות תלויה בתאית, המרכיב העיקרי של קירות התא של צמחים ירוקים. צוות ויסקונסין מצא שהפשיטת כל התאים האחרים המרכיבים את הצמח, וטיפול בשאריות הקליפות של תאית בכימיקלים, מפתה תאי גזע אנושיים כגון פיברובלסטים - תאי רקמת חיבור נפוצים הנוצרים מתאי גזע - להיצמד ולגדול. על המבנים המיניאטוריים.
תאי גזע המוזרעים לתוך הפיגומים, לפי פונטנה, נוטים ליישר את עצמם לאורך התבנית של מבנה הפיגום. "תאי גזע רגישים לטופוגרפיה. זה משפיע על איך תאים גדלים וכמה טוב הם גדלים."
היכולת הזו ליישר תאים בהתאם למבנה של פיגום הצמח, מוסיף מרפי, מציעה שאולי ניתן יהיה להשתמש בחומרים כדי לשלוט במבנה וביישור של רקמות אנושיות מתפתחות, תכונה קריטית לרקמות העצבים והשרירים, שדורשים יישור ודפוס לתפקודם.
יתרון קריטי נוסף של פיגומי הצמחים, מציין מרפי, הוא הקלות לכאורה שבה ניתן ליצור אותם ולתפעל אותם. "הם די גמישים. ניתן לחתוך אותם בקלות, לעצב אותם, לגלגל או לערום אותם כדי ליצור מגוון של גדלים וצורות שונות."
הם גם מתחדשים, קלים לייצור המוני ולא יקרים.
הפיגומים עדיין לא נבדקו במודל של בעלי חיים, אבל מתכננים לערוך מחקרים כאלה בעתיד הקרוב.
"רעילות אינה סבירה, אבל יש פוטנציאל לתגובות חיסוניות אם פיגומי הצמח האלה יושתלו ביונק", אומר מרפי. "תגובות חיסון משמעותיות פחות סבירות בגישה שלנו מכיוון שתאי הצמח מוסרים מהפיגומים."
