طبیعت می‌تواند الهام‌بخش نوآوری‌های علمی باشد. در اینجا به معرفی محصولات حاصل از زیست‌فناوری‌ اروپایی پرداخته شده است که در حال حاضر از شبیه‌سازی زیستی برای تولید محصولات خارق‌العاده و عجیب الهام گرفته از طبیعت بهره می‌برند. در دنیای بیوتکنولوژی، هیچ استثنایی وجود ندارد و ما شاهد افزایش شمار ایده‌ها و محصولات توسعه‌یافته‌ای هستیم که ریشه در تقلید از برخی فرایندهای طبیعی یا سازگاری‌های بیولوژیکی دارند.

به گزارش زیست آنلاین، اگر به دنبال طراحی یک ابزار جدید برای غلبه بر یک چالش علمی هستید، تکامل این شانس را فراهم کرده است. طبیعت، منشأ تحقیق و توسعه طی میلیاردها سال پیش بوده است. بنابراین جای تعجب نیست که توجه دانشمندان و مهندسین در همه رشته‌ها به‌ طور فزاینده به شبیه‌سازی زیستی معطوف شده‌ است که به معنای الهام گرفتن از جهان طبیعی می‌باشد تا همه چیز را از طبیعت خلق کنند. از طراحی تیغه‌های توربین بادی که انعکاسی از کارایی آیرودینامیکی باله‌های نهنگ است، تا قطارهای فوق سریع دماغه‌دار که بر مبنای شکل ساده‌ شده‌ منقار مرغ ماهی‌خوار هستند.

عروس دریایییک شرکت بیوتکنولوژی دریایی در ولز، عروس دریایی را به عنوان یک منبع بالقوه‌ از مواد بیولوژیکی و نسل بعد کلاژن معرفی کرده است. ایده عروس دریایی را اولین بار اندرو اسپراگ در جوانی و پس از مواجهه با بلوم‌های عروس دریایی مطرح کرد. به گفته وی: «کلاژن عروس دریایی یک الگوی شیمیایی از تکامل باستانی است و همه کلاژن‌های درخت زندگی از آن‌ مشتق شده‌اند. این کلاژن ریشه همه کلاژن‌هاست که با طیف وسیعی از انواع سلول‌ها سازش یافته است.«



کلاژن فراوان‌ترین پروتئین در پستانداران است و جزء کلیدی تقریباً تمام انواع بافت‌هاست. حضور آن در همه جا به معنای آن است که استفاده‌های گوناگونی در صنایع پزشکی، لوازم آرایشی و دارویی دارد که در حال حاضر منبع کلاژن آن‌ها از پستاندارانی چون گاو، خوک و گوسفند است. با این حال، نگرانی‌هایی در مورد ایمن بودن کلاژن مشتق‌ شده از پستانداران وجود دارد، مانند پتانسیل انتقال بیماری که در نتیجه نیاز به یک منبع کلاژن ایمن‌تر احساس می‌شود.

بیشتر بخوانید: افزایش تولید گیاهان دارویی با باززایی و ریزازدیادی کلاژن مشتق شده از عروس دریایی نه تنها ایمن‌تر و عاری از بیماری است، بلکه تمایل کمتری جهت فراخوانی پاسخ ایمنی از سیستم ایمنی بدن دارد. همین امر آن را به عنوان کلاژن نسل بعد ایده‌آل می‌سازد که امید است ژلاژن به زودی به بازار مواد بیولوژیکی راه پیدا کند. اولین گام‌های تولید آن در سال ۲۰۱۷ در کاردیف مطرح شد، که به شرکت این امکان را می‌داد که کلاژن کلاس پزشکی را در مقیاس مشخص تولید کند.

ژلاژن، جهانی را پیش‌بینی می‌کند که در آن کلاژن مشتق از عروس دریایی به‌ طور معمول در انواع مختلفی از کاربردهای پزشکی از قبیل بهبود زخم، پزشکی بازساختی و مهندسی بافت، استفاده شود. ژلاژن در ماه آوریل ۳.۸ میلیون پوند کسب کرده و امید است در اواخر سال جاری آزمایشات پیش‌کلینیکی اولیه را اجرایی کند.

نوعی کلاژن نیز وجود دارد که از عروس دریایی Rhizostoma pulmo استخراج می‌شود. همان‌طور که اسپراگ توضیح می‌دهد، این مثال قدرتمندی است از اینکه چگونه راه‌حل‌های تقریباً کامل می‌توانند حتی در غیرممکن‌ترین مکان‌ها در طبیعت یافت شوند. شبیه‌سازی زیستی یک مفهوم مهم برای جستجو در طبیعت برای ارائه راه‌حل‌هایی است که از نقطه نظر مهندسی و توسعه محصول سودمند هستند.

بیشتر بخوانید: پیشرفت های ایران در تکنولوژی سلول های بنیادی استخوانیک شرکت نوپای ایتالیایی به نامGreenBone ، تأسیس‌شده در سال ۲۰۱۴ است که مأموریت ساخت یک داربست پیوند استخوانی خلاقانه برای بیماران مبتلا به نقص‌های استخوانی را دارد. در حال حاضر این بیماران، که نقص آن‌ها ممکن است به علت تروما، عفونت، سرطان یا به سادگی یک شکستگی باشد، چنانچه وسعت آسیب در آن‌ها بیش از چند سانتی‌متر باشد، با گزینه‌های درمانی بسیار کمی مواجه هستند. برای مقابله با این امر، GreenBone با نگاه به طبیعت، چوب خیزران (گیاهی شبیه به بامبو) را به دلیل داشتن چندین ویژگی کلیدی شناسایی کرده که به عنوان یک ماده آغازین برای داربستی که امکان بازسازی استخوان را می‌دهد، ایده‌آل است.

لورنزو پرادلا، مدیر عامل شرکت GreenBone ،در مورد یک پروژه الهام‌گرفته از طبیعت برای یافتن مواد جدید سازگار با محیط‌زیست توضیح می‌دهد که قادر به تقویت بازسازی بافت در ارتوپدی است و از غربال‌گری گیاهانی منشأ می‌گیرد که ساختار داخلی مشابه استخوان دارند. محققان خیزران را به عنوان بهترین کاندید معرفی کردند، زیرا دارای قابلیت تحمل بار قابل قبول و معماری داخلی سه‌بعدی شامل کانال‌های انتقال آوندی است که شبیه عروق خونی در استخوان هستند.



چوب خیزران با توجه به ابعاد نقص استخوان شکل داده شده و وارد یک فرایند شیمیایی چندگانه می‌شود که ساختار و شکل آن را حفظ کرده؛ اما هرگونه ماتریکس یا اجزای سلولی چوب را حذف می‌کند. نتیجه نهایی این فرایند شیمیایی، یک داربست کلسیم‌‌فسفات سفید به همراه یک معماری کانال‌دار متخلخل داخلی است که مورفولوژی استخوان طبیعی انسان را تقلید می‌کند.

سلول‌های استئوژنیک (شکل‌دهنده استخوان) بیمار پس از پیوند، به سطح داربست متصل شده، مهاجرت می‌کنند و از طریق ساختار متخلخل داربست تکثیر می‌شوند، در نهایت استخوان جدید را شکل داده و نقص استخوان بازسازی می‌شود.

پرادلا مطمئن است که GreenBone برای افرادی که از نقص استخوان رنج می‌برند، نجات‌بخش خواهد بود و بیان داشته است: «انتظار می‌رود که GreenBone بتواند بیماران را از طریق استخوانی که به‌ طور کامل بازسازی شده، سریع‌تر به زندگی عادی بازگرداند. این کار بهبودی قابل ملاحظه‌ای را در کیفیت رو به کاهش زندگی بیمار و در عین حال، هزینه‌های سلامتی و اجتماعی او فراهم می‌آورد.«

طراحی چنین داربستی از ابتدا یک فرایند بلندبالا بوده و به همین دلیل است که پرادلا معتقد است شبیه‌سازی زیستی کلید توسعه GreenBone بوده است و شبیه‌سازی زیستی برای آن اساسی است. با نگاه به طبیعت برای الهام گرفتن جهت ساخت جایگزین‌های خلاقانه استخوانی، این فرصت برای استفاده از معماری شبه استخوانی موجود در طبیعت فراهم آمده است.

چسبتولید چسب زیست‌سازگار توسط Gecko Biomedical واقع در پاریس صورت خواهد گرفت .Gecko Biomedical اخیراً تأییدیه بازاریابی اتحادیه اروپا را برای اولین محصول الهام گرفته از طبیعت به نام Setalum، دریافت کرده که چسب زیست‌سازگار برای جراحی عروق بر اساس ترشحات چسبنده کرم ماسه‌ای کالیفرنیایی است.

مدیر عامل این شرکت توضیح داد: «مشکلی که ما در حال تلاش برای حل آن هستیم، طراحی یک چسب قوی برای مقاومت در برابر خون و حرکات ثابت بدن با به کاربر بردن یک روش حداقل تهاجمی است.«

بسته شدن زخم‌های داخلی پیچیده است. چسب‌های معمول جراحی به علت حرکت مداوم بدن، اغلب با ماندن در یک مکان دچار مشکل می‌شوند. آن‌ها هم‌چنین با سطوح بالای رطوبت در محیط داخلی واکنش نشان داده و کارایی آن‌ها کاهش می‌یابد.



از این رو، Setalum  به گونه‌ای طراحی شده که بسیار چسبناک و آب‌گریز باشد، به این معنی که مشکل بسیار کمتری در رابطه با ماندن در محل دارد و با رطوبت قابل شستشو نیست. جراح هنگام استفاده از آن روی زخم، نور UV را بر روی چسب می‌تاباند که باعث پلیمریزاسیون آن و مخصوصاً تغییر آن از حالت مایع چسبناک به جامد انعطاف‌پذیر در عرض چند ثانیه می‌شود.

به‌ طور خاص، چسب Setalum Gecko از کرم ماسه‌ای کالیفرنیایی الهام گرفته شده بود. همان‌طور که نام آن نشان می‌دهد، این کرم دریایی به خاطر توانایی‌اش در ترشح ماده چسبناک مشهور است و از آن برای چسباندن ذرات شن و ماسه به هم استفاده می‌کند. این کار امکان ساخت لوله‌های محافظ شبیه شن و ماسه را می‌دهد. این ترشح چسبنده طی میلیون‌ها سال تکامل برای تنظیم سریع و هم‌چنین کار در محیط‌های مرطوب بدون هیچ‌گونه مشکلی- یک طراحی ایده‌آل برای الگوبرداری جهت ساخت یک چسب جراحی- طراحی شده است.

از Setalum  تحت عنوان اولین محصول از محصولات پلیمری برای استفاده در بازسازی بافت یاد می‌شود و امید آن است که در آینده به بیماران ارائه گردد. چسب Setalum  در نوع خود به عنوان ماده‌ الهام‌گرفته از طبیعت پیش‌رو است و این اولین گام در روند تأسیس یک شرکت به عنوان مبتکری در حمایت از تسریع بهبودی است. Gecko Biomedical مجوز بازاریابی اتحادیه اروپا (CE Mark) را برای Setalum در سال ۲۰۱۷ دریافت کرد و در حال حاضر در حال کار بر روی ساخت آن با قابلیت تولید محصول است.

نویسنده: Mitha  Farhan

ترجمه و بازنویسی: مژگان برات زاده