ابریشم و علوم پزشکی
ساعد نیوز: . در واقع ابریشم و نوری که بر روی آن تابیده میشود میتوانند واکنشی شیمیایی را تولید کنند که شباهت بسیاری به واکنش شیمیایی هیدروژن پراکسید دارد.
ابریشم از جمله موادی است که در طول تاریخ زندگی آدمی در این جهان همواره مورد توجه قرار گرفته و بر با ارزش بودن آن تأکید شده است. در سالهای اخیر نیز دانشمندان توجه بسیاری به آن نشان میدهند، زیرا ابریشم فوقالعاده قوی است و به همین سبب میتوان از آن در جلیقههای ضد گلوگه و زرهها استفاده کرد. اما پتانسیل ابریشم بیش از آن است که صرفاً برای استفادهی بیرونی به کار گرفته شود، یعنی از آن میتوان در درون بدن، به مثابهی بخشی از بدن، جهت التیام زخمها و حتی پایداری استخوانها، استفاده کرد.
بد نیست بدانید که ابریشم بر دو نوع است:
یک نوعِ آن توسط کرم ابریشم برای پیله درست میشود و نوعِ دیگر توسط عنکبوت برای تارش.
هر یک از این دو نوع متفاوتاند و البته که از ویژگیهای متفاوتی هم برخوردار اند. به عنوان مثال، ابریشمِ نوع اول، یعنی ابریشم حاصل از کرم ابریشم، به نسبت دیگری اندکی ضعیفتر است. اما در کل هر دوی آنها قدرت بسیاری دارند و میتوانند برای بسیاری از موارد پزشکی در داخل بدن انسان مورد استفاده قرار گیرند.
در همین راستا، یک احتمال قوی وجود دارد و آن این است که، همانطور که در بالا گفته شد، ابریشم برای التیام زخمهای انسان مفید است. به همین دلیل تحقیقی در این زمینه صورت گرفته، تحقیقی که در مجلهی Advanced Science منتشر شده است. در ادامه در این نوشتار به جزئیات این تحقیق میپردازیم و پس از آن به سایر تحقیقهایی که بر روی ابریشم صورت گرفته خواهیم پرداخت.
ابریشم و التیام زخمها
بر طبق گفتههای یانگ کیم (Young Kim) محققان ابتدا تمامی پروتئینهای طبیعی را که میتوانند توسط یک نورِ خاص فعال شوند را شناسایی کردند تا از این طریق یک واکنش شیمیایی که یارای کشتنِ پاتوژنها را دارد ایجاد کنند. پس از این، آنها با استفاده از الحاق همان پروتئینها به DNA، یک کرم ابریشم را مهندسی ژنتیکی کردند، کرم ابریشمی که توانست یک ابریشم قرمز درخشانِ فعالشونده با نور سبز را تولید کند.
جالب اینجاست که زمانی که دانشمندان برخی از باکتریهای E.coli را روی ابریشم گذاشتند و یک نور سبز را به مدت یک ساعت به آن تاباندند، دریافتند که عمر باکتری تا ۴۵ درصد کاهش یافت. بر طبق گفتهی یانگ کیم، این فرآیند بسیار مشابه است با فرآیند تأثیر هیدروژن پراکسید برای ضد عفونی کردن یک بریدگی یا خراش. در واقع ابریشم و نوری که بر روی آن تابیده میشود میتوانند واکنشی شیمیایی را تولید کنند که شباهت بسیاری به واکنش شیمیایی هیدروژن پراکسید دارد.
البته این ابریشم قادر به تشخیص پاتوژنهای خطرناک از بیخطر نیست، اما، همانطور که کیم نیز میگوید، هیدروژن پراکسید نیز اینگونه است و نمیتواند پاتوژنهای خطرناک را از بیخطر تشخیص دهد. همچنین ما دقیقاً نمیدانیم که کمترین زمان برای تأثیر نور بر روی ابریشم چه میزان است. اما به هر صورت، این کشف بسیار هیجانانگیز است و میتواند برای پاک کنندگی مواد متعددی از جمله هوا و آب و هر آنچه که برای سلامت انسان مفید اند مورد استفاده قرار گیرد.
ابریشم و درمان التهاب
در مقالهی دیگری که کیم و همکاراناش منتشر کردهاند نشان دادهاند که برخی خواص فیزیکی موجب میشوند که ابریشم بسیار خنک شوند و این امر میتواند برای درمان التهاب مفید باشد. این کشف نیز میتواند در کنار کشف قبلی موجب شود که از ابریشم در بانداژهای پیشرفته استفاده گردد تا هم باکتریها از بین بروند و هم خطر التهاب کاهش یابد.
ابریشم و پایداری استخوانها
جالب آن که دریافته شده که از ابریشم میتوان برای حفظ سلامت بخشهایی از بدن، مثلاً استخوانها، نیز استفاده برد. توضیح آن که به هنگام شکستگی استخوان، پزشک برای ثابت ماندن استخوانِ مورد نظر تا زمانِ درمان یک فلزِ خاص، مثلاً تیتانیوم یا فولاد ضد زنگ، را در آنها قرار میدهد. اما، بر طبقِ گفتهی مِی وِی (Mei Wei)، دانشمند مواد دانشگاه کانکتیکات، گاهی این فلزات سخت شده و خود موجب شکستگی بیشتر استخوان میشوند و همچنین پس از بهبودی وضعیت استخوان پزشک بایستی یک جراحی دیگر برای خارج کردن فلز انجام دهد.
اما وِی به همراه گروهاش یک گونه ابریشم ایجاد کردهاند که میتواند برای حفظ استخوانها راهحلی بهتر به نسبت استفاده از فلز باشد. این ابریشم در عین آن که بسیار قوی است، کششپذیر است و پس از حدود یک سال از میان میرود و به این ترتیب دیگر نیازی به یک جراحی دیگر برای خارج ساختن آن از بدن نیست.
این گروه، یک پروتئین که در ابریشم عنکبوت پیدا میشود، با نام فیبروئن، را با یک گونه از پلاستیک و نوعی کلسیم که در استخوانهای ما پیدا میشود ترکیب کردند. نتیجه فوقالعاده بود، یعنی یک ماده بود که از استخوانهای بدن ما نیز قویتر بود. در واقع این ماده قویترین مادهای ست که تا کنون ساخته شده و بدن توانایی جذب آن را دارد. تیمِ وی میگوید که در حال کار بر روی این ماده هستند تا پیش از آزمایش آن بر روی حیوانات بهبودش بخشند و تقویتش کنند.
ترمیم استخوان آسیب دیده و شکسته شدند
محققان آمریکایی موفق شده اند که تمام این اتصالات استخوانی را با استفاده از ابریشم تولید کنند. در حال حاضر دو سر استخوان شکسته توسط آلیاژهای فلزی به هم پیچ میشوند. این آلیاژها نسبت به استخوانها استحکام بیشتری دارند و انعطاف آنها به مراتب کمتر است به همین دلیل باعث آسیب به استخوان میشوند. در برخی از موارد نیز همین رابطهای فلزی منجر به بروز عفونت میشوند.
ایمپلنتهای ابریشمی نه تنها سازگاری بیشتری با بدن دارند و در اندام مختلف جابجا نمی شوند، بلکه در تصویربرداری اشعه ایکس قابل مشاهده نیستند و پزشک به راحتی میتواند روند درمان را لحظه به لحظه کنترل کند.
الیاف ابریشمی خواص منحصربفردی دارند و یک ماده زیست تخریب پذیر محسوب میشوند. در حال حاضر نخ ابریشمی در ایمپلنتهای مغزی، ترمیم قلب و بیوالکترونیک کاربرد گسترده ای دارند. در ادامه به کاربرد این ماده طبیعی در موارد مختلف پزشکی اشاره شده است.
ابریشم به مثابه جایگزین تاندونها
اما مشکل بزرگی که در ارتباط با این ابریشم وجود دارد یکی این است که گران است، دوم آن که کرمهای ابریشم بسیار کمیاب هستند و سوم آن که استفاده از عنکبوت خیلی ایدهی جذابی نیست. اما در عوض، مواد داخل درختان، که با نام نانوسلولوز چوبی شناخته میشوند، در عین قوی بودن ارزان اند. یک راه حل خوب میتواند ترکیب این دو، یعنی نانوسلولز و ابریشم، باشد تا مادهای نسبتاً ارزانتر ایجاد شود. خبر خوب این است که نانوسلولز دوام خوبی هم دارد.
در همین راستا، دانیل سودربرگ (Daniel Söderberg) در جایی مینویسد: «زمانی که طبیعت یک درخت را ایجاد میکند، آن درخت بایستی از ساختار مکانیکی خوبی برخوردار شود تا سقوط نکند.»
تیم سودربرگ این دو را با هم ترکیب کرد، یعنی نانوسلولوز را برای قدرت و ابریشم را برای سفتی و کششپذیری.
این ماده میتواند در جلیقههای ضد گلوله استفاده شود، اما با این حال روزی خواهد رسید که از آن میتوان به عنوان بخشی از بدن نیز بهره برد. مادهی مورد نظر در دنیای خارج از بدن تجزیه میشود اما در داخل بدن اینگونه نیست چرا که بدن قادر به تجزیهی نانوسلولوز نیست، اما با این حال امن است و سلولها بر روی آن و در اطراف آن رشد میکنند و همچنین کششپذیری آن خاصیتی ست که موجب شده مادهای ایدهآل برای استفاده به جای تاندونها باشد. میدانید که جایگزینی تاندونها چندان کار سادهای نیست و عمدتاً از بخشهای دیگر بدن برای جایگزینی آنها ستفاده میشود.
به هر حال، سودربرگ و تیماش درصدد بهتر کردنِ مادهی تولیدی خود هستند و افزون بر به این به دنبال راهی اند که بتوانند هزینهی ساخت آن را کمتر کنند تا بهتر بتوان از آن به عنوان بخشی از بدن بهره برد.
تولید سلول بالغ قلب انسان روی نخ ابریشم
چندی پیش محققان دانشگاه تورنتو کانادا با استفاده از یک رشته باریک ابریشم، روش جدیدی را برای بلوغ در سلولهای ماهیچه ای قلب ابداع کردند.
محققان دانشگاه تورنتو زمانی که قصد شبیه سازی محیط رشد طبیعی سلول قلب جنین انسان را با استفاده از پالسهای الکتریکی داشتند، روش جدیدی را برای ایجاد بلوغ در سلولهای ماهیچه ای قلب ابداع کردند.
از آنجا که امکان تکثیر سلولهای قلب انسان در مقادیر انبوه وجود ندارد، دانشمندان برای تحقیقات روی این بافت حیاتی، از سلولهای شبیه سازی شده که با استفاده از سلولهای بنیادی تولید میشوند، بهره بردند.
متاسفانه سلولهای قلبی که با استفاده از سلولهای بنیادی تولید میشوند، نارس هستند و برای تحقیقات دارویی و پیوند مناسب نیستند.
محققان دانشگاه تورنتو برای رفع این مشکل سعی کردند محیط طبیعی رشد سلولهای ماهیچه ای قلب را شبیه سازی کنند. آنان برای این منظور از یک رشته ابریشمی بهره گرفتند و سلولهای نابالغ را روی آن کشت کردند.
این شیوه که با نام نوار زیستی (biowire) معرفی شده، امکان رشد سلولهای ماهیچه ای را در امتداد رشته ابریشمی فراهم میکند؛ سپس برای تحریک سلولها و شبیه سازی ضربان قلب به تعداد ۱۸۰ تا ۳۶۰ عدد در دقیقه، از پالسهای الکتریکی استفاده شده است، در نتیجه این فرآیند یک رشته از سلولهای عضلانی بالغ قلب به دست میآید که قابلیت پیوند به بافت قلب انسان را دارد.
یکی از مهم ترین کاربردهای این نوارهای زیستی، استفاده از آنها به عنوان نخ بخیه در زمان پیوند قلب است.
درمان بیماری صرع با استفاده از ایمپلنتهای ابریشمی
چندی پیش محققان دو مرکز وابسته به موسسه ملی بهداشت آمریکا، با استفاده از یک ایمپلنت ابریشمی موفق به درمان بیماری صرع شدند.
محققان در این روش، ایمپلنت ابریشمی را در مغز موشهای آزمایشگاهی قرار دادند. این قطعه ابریشمی به گونه ای طراحی شده است که به محض قرار گرفتن در مغز، شروع به ترشح ماده ای شیمیایی به نام آدنوزین میکند.
صرع یکی از اختلالات عصبی است که منجر به تشنج میشود. تشنج ناشی از بیماری صرع مکرر است و در طول زمان شدید تر میشود.
ماده شیمیایی آدنوزین، باعث کاهش تحریک پذیری عصبی شده و کمک میکند تا تشنج متوقف شود. مطالعات قبلی نشان میدهد که سطوح پایین آدنوزین با افزایش حملات صرع در ارتباط است.
بررسیها نشان میدهد که اثرات سودبخش آدنوزین، به دلیل تغییرات اپی ژنیک است. تغییرات اپی ژنیک به واکنشهای شیمیایی گفته میشود که ژنها را بدون دستکاری در کد DNA آنان، فعال یا غیر فعال میکند.
کاری که ایمپلنت ابریشمی انجام میدهد، ترشح کنترل شده این ماده شیمیایی، درون مغز است.
موش هایی که توسط این شیوه به مدت ۱۰ روز درمان شدند، تا سه ماه دچار هیچ حمله ای نشدند.
مدیر این پروژه تحقیقاتی گفته است که این روش درمانی، بیماری صرع را به طور کامل درمان نمی کند ولی حملات ناشی از آن را به میزان ۴ برابر کاهش میدهد. محققان بر این باورند که به محض اطمینان از ایمن بودن این روش در انسان، ایمپلنت ابریشمی در سراسر دنیا مورد استفاده قرار میگیرد.
شناسایی بیماری سل با استفاده از یک لایه نازک ابریشمی
حدود چهار ماه قبل محققان دانشگاه واشنگتن (UW) به یک روش دقیق و ساده دست یافتند که در کمترین زمان ممکن، بیماری سل را شناسایی میکند.
در این شیوه جدید تشخیص یک لایه نازک ابریشمی که حاوی مواد خاصی است بر روی پوست قرار میگیرد .این لایه که شامل میکرو سوزن هاست در کمترین زمان ممکن و در نهایت دقت، بیماری سل را شناسایی میکند.
بیماری سل میتواند سالها درریه شخص، بدون هیچ علامت ظاهری نهفته باشد و افراد دیگر را مبتلا کند. دربرخی کشورهای دنیا قانونی وجود دارد که بر اساس آن معلمان، پرستاران و پزشکان وارد شده از کشورهای دیگر از نظر بیماری سل مورد بررسی دقیق قرار میگیرند و در صورت آلوده نبودن، اجازه ورود به کشور را دارند. با توجه به اینکه تمام روشهای موجود برای شناسایی این بیماری زمانگیر و پرهزینه است، آزمایش جدید پوستی به شدت مورد استقبال قرار گرفته است.
باتوجه به آمارگیری انجام شده توسط پایگاه Philippines Star، یک سوم جمعیت جهان حامل باکتری نهفته و ضعیف بیماری سل هستند. میزان این باکتری نهفته خطری برای فرد حامل دربرندارد و تنها در ۵ درصد موارد فعال میشود.
شیوه ای که در حال حاضر برای تشخیص این بیماری مورد استفاده قرار میگیرد به این صورت است که مقداری از ماده ای به نام PPD tuberculin به قسمت میان بافتی ساعد تزریق میشود. اگر دو تا سه روز پس از تزریق، توده ای قرمز و سخت در محل تزریق به وجود بیاید، فرد مبتلا به بیماری سل است. اندازه و شدت برآمدگی، میزان عفونت را مشخص میکند. ولی این روش از دقت کافی برخوردار نیست، به علاوه اگر ماده تزریقی در محل مناسب تزریق نشود، نتیجه به طور کلی اشتباه خواهد بود.
هیچ یک از این مشکلات در روش جدید وجود ندارد. سوزنهای استفاده شده در این وصله پوستی با بدن انسان سازگارند و هیچ عارضه ای برای بیمار در برندارد؛ همچنین دقت آن بسیار بالاست.
این آزمایش بدون درد است و مواد استفاده شده برای ساخت این وصله، ابریشم و کیتین است. کیتین ماده است که در اسکلت خرچنگ و میگو وجود دارد و هیچ صدمه ای به بدن وارد نمی کند.
مرحله اول این آزمایش روی خوک انجام شده است و جواب آن کاملا دقیق بوده است.
از خاک پنبه میروید، از علف که خوراک حیوان است پشم تولید میشود و از آب دهان کرم، ابریشم، اینها همه از آیات الهی است که میتواند مایه تذکر و بیداری انسان باشد. «ذلک من آیات اللّه لعلّهم یذّکّرون» تفسیر آیه ۲۶ سوره اعراف.
ترمیم عصبهای آسیب دیده
دانشمندان انگلیسی براساس تحقیقاتی ابراز امیداوری کردند که بتوان از الیاف ابریشم برای کمک به ترمیم عصبهای آسیب دیده استفاده کرد.
دانشمندان ثابت کردند عصب میتواند در کنار دستهای از الیاف خاص، موسوم به “اسپایدراکس” که مشخصههای مشابه تار عنکبوت دارد، رشد کند.
این گروه از محققان امیدوارند که تار ابریشم بتواند عصب قطع شده (حتی در موارد قطع نخاع ) را نیز به رشد مجدد وادار کند.
کرمهای ابریشم که ابریشم “اسپایدراکس” را تولید میکنند به لحاظ ژنتیکی دستکاری شدهاند تا الیاف مناسب پیوند با سلول عصب را بسازند.
پرفسور “جان پریستلی” از دانشگاه “کویین مری” لندن که سرپرستی این تحقیق را برعهده دارد، میگوید: الیاف ابریشم مانند یک داربست عمل میکند و سلولهای عصب میتواند بر روی آن رشد کند.
گروه تحقیق دانشگاه کویین مری، الیاف ابریشم را در نسوج کشت شده و همچنین حیوانات آزمایش کرده است که در دو مورد، نتیجه موفقیت آمیز بوده است.
پرفسور پریستلی میگوید: در تصاویری که از روند رشد سلولهای عصب گرفته شده، دو تحول دیده میشود. یکی رشد فیبرهای عصب در کنار ابریشم و دیگری رشد سلولهای کمکی موسوم به شوان است که برای بازسازی عصب نقش بسیار مهمی دارد.
وی میگوید: در آزمایشهایی که بر روی حیوانات صورت گرفته الیاف ابریشم به رشد عصب در ناحیه نخاع و عصب جنبی کمک کرده است.
پرفسور پریستلی همچنین گفت: یکی از مزایای الیاف ابریشم این است که میتوان آنها را به شکل لولههایی پیچیده برای جاسازی عصب درآورد. از این لولههای ابریشمی همچنین میتوان برای پل زدن میان انتهای عصب پاره شده استفاده کرد. این گروه تحقیق امیدوار است که بتواند از ابریشم برای درمان بیمارانی که عصب جنبی آنها – عصبی که عضلات و حس لامسه را میسر میکند – مثلا در بریدگی عمیق دست، استفاده کند.
پرفسور پریستلی توضیح داد که هدف بلندپروازانه تر برای محققان در این زمینه این است که از ابریشم برای ترمیم نخاع آسیب دیده استفاده کنند. در عین حال او تاکید کرد که رسیدن به چنین مرحلهای کاری بسیار دشوار خواهد بود.