کاربرد نانوذرات در مهندسی بافت و بازسازی استخوان: از تنظیم ریزمحیط سلولی تا توسعه داربست‌های هوشمند و چندمنظوره

Abstract

مقدمه: مهندسی بافت استخوان یکی از رویکردهای نوین برای ترمیم و بازسازی نقص‌های استخوانی است؛ بااین‌حال، ایجاد داربستی که بتواند هم‌زمان نیازهای مکانیکی، زیستی و درمانی بافت استخوان را برآورده کند، همچنان یک چالش اساسی محسوب می‌شود. نانوفناوری با فراهم‌کردن امکان طراحی مواد در مقیاس مشابه ریزمحیط طبیعی استخوان، ظرفیت قابل توجهی برای رفع این محدودیت‌ها ایجاد کرده است. هدف: این مطالعه با هدف بررسی نقش و کاربرد نانوذرات در مهندسی بافت استخوان و ارزیابی ظرفیت آن‌ها در بهبود عملکرد داربست‌ها، تحریک استخوان‌سازی و توسعه سامانه‌های درمانی چندمنظوره انجام شد. روش بررسی: در این مرور، مطالعات مرتبط با کاربرد نانوذرات و نانومواد در مهندسی بافت و بازسازی استخوان بررسی و یافته‌ها بر اساس محورهای اصلی عملکرد مکانیکی، استئوژنز، تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی، انتقال دارو و فاکتورهای رشد، رگ‌زایی، فعالیت ضدباکتریایی، مکانوترنسداکشن و طراحی نانوکامپوزیت‌ها دسته‌بندی شدند. همچنین جنبه‌های مرتبط با زیست‌سازگاری، سمیت و چالش‌های انتقال نانوسامانه‌ها به کاربردهای بالینی مورد توجه قرار گرفتند. یافته‌ها: شواهد بررسی‌شده نشان می‌دهند که نانوذرات می‌توانند با بهبود استحکام، مدول و انتقال تنش، خواص مکانیکی داربست‌های استخوانی را ارتقا دهند. علاوه بر این، ویژگی‌های نانومقیاس سطح می‌توانند چسبندگی و تکثیر سلولی و تمایز استئوژنیک را از طریق تنظیم مسیرهای پیام‌رسانی و مکانوترنسداکشن، از جمله مسیرهای Integrin/FAK، RhoA/ROCK، MAPK و YAP/TAZ، تحت تأثیر قرار دهند. نانوذرات همچنین به‌عنوان حامل دارو، ژن و فاکتورهای رشد، امکان رسانش موضعی و آزادسازی کنترل‌شده عوامل درمانی را فراهم می‌کنند. از سوی دیگر، ترکیب قابلیت‌های استئوژنیک، رگ‌زایی و ضدباکتریایی می‌تواند زمینه توسعه داربست‌های چندمنظوره را فراهم سازد. با وجود این مزایا، عواملی مانند اندازه و شکل ذرات، بار سطحی، تشکیل Protein Corona، تولید ROS، تجمع بافتی، پاسخ ایمنی، زیست‌تخریب‌پذیری و دوز، نقش مهمی در ایمنی و کارایی نانوسامانه‌ها دارند. نتیجه‌گیری: نانوذرات با قابلیت تنظیم هم‌زمان ویژگی‌های مکانیکی و زیستی داربست و همچنین امکان انتقال کنترل‌شده عوامل درمانی، پتانسیل بالایی برای توسعه نسل جدید داربست‌های استخوانی دارند. در آینده، طراحی نانوذرات هوشمند، داربست‌های چندمنظوره، سیستم‌های پاسخگو به محرک و ترکیب فناوری نانو با چاپ زیستی سه‌بعدی می‌تواند مسیر را برای درمان‌های شخصی‌سازی‌شده و بازسازی هم‌زمان استخوان، عروق و کنترل عفونت هموار کند. بااین‌حال، انجام مطالعات in vivo و بالینی برای ارزیابی ایمنی بلندمدت و اثربخشی این سامانه‌ها پیش از استفاده گسترده در بالین ضروری است.