تاریخ شروع : 1402/12/20
مهلت ارسال : 1403/01/15
گرنت صندوق نوآوری و شکوفایی:
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 600 میلیون تومان
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 600 میلیون تومان
مهلت ارسال پروپوزال به اتمام رسیده است
توسعه دانش‌فنی تولید داربست زیستی دولایه استئوکندرال با بهره‌گیری از فناوری چاپگر سهبعدی
خلاصه فناوری
ضرورت مسئله
مسئله اصلی تحقیق
ترومای مفصل استئوکندرال که میتواند ناشی از بیماری یا صدمات فیزیکی باشد، اغلب منجر به آسیب‌هایی میشود که ناتوانی پس از جراحی را در پی دارد. بیماران مسن برای درمان این ضایعات معمولاً به جراحی نیاز دارند و در نهایت ممکن است بخش قابل توجهی از توان حرکتی خود را از دست بدهند. از سوی دیگر ضایعات غضروفی میتواند درد شدیدی برای بیمار ایجاد کند. روش‌های درمانی برای این آسیب‌ها اغلب بر اساس عواملی مانند سن، جنسیت، وضعیت عمومی، محل آسیب و قطر و عمق آسیب انتخاب می‌شوند. بسیاری از بیماران معمولاً به جراحی آرتروسکوپی یا حتی تعویض مفصل نیاز دارند. اگرچه پیوند استئوکندرال اتولوگ در حال حاضر به‌عنوان استاندارد طلایی برای درمان بالینی شناخته شده‌است، اما محدودیت‌های ذاتی زیادی از جمله اهداکنندگان محدود، مشکل در دستیابی به‌شکل پیوند منطبق، و تأثیر بر بافت سالم اطراف پیوند دارد. در عین‌حال، استراتژی‌های مهندسی بافت و استفاده از داربست‌های زیستی میتواند مزایای قابل توجهی نسبت به روش‌های درمان بالینی سنتی داشته باشد. هدف این طرح، توسعه یک داربست زیستی دولایه است که ضمن تطابق نسبی با بافت استخوانی و غضروفی از منظر خواص مکانیکی، خواص بیولوژیکی مطلوبی را به منظور ایجاد شرایط مناسب جهت لانه‌گزینی، رشد و تمایز سلولی به منظور ترمیم بافت استئوکندرال آسیب دیده فراهم می‌آورد. در این طرح با کمک چاپگر سهبعدی ساختاری دو لایه، مشابه با ساختار لایه‌ای بافت استئوکندرال چاپ میشود. جوهر زیستی استفاده شده برای چاپ هر لایه داربست به صورت جداگانه توسعه داده شده و سپس لایه غضروفی داربست با کلاژن نوع اول پوشش داده میشود. بنابراین فناوریهای استفاده شده در این طرح شامل توسعه جوهر زیستی، چاپ سهبعدی داربست دو لایه و اصلاح سطح داربست است.
ضرورت مسئله
علل ایجادکننده نقایص استئوکندرال متعدد و متفاوت هستند. با افزایش سن، سایش طبیعی بافت غضروفی اغلب منجر به آرتروز میشود که یکی از دلایل اصلی نقص‌های استئوکندرال است. در حال حاضر تخمین زده میشود که بیش از 80 میلیون نفر در اتحادیه اروپا و بیش از 40 میلیون آمریکایی و 10 میلیون ایرانی از آرتروز رنج می‌برند. از سوی دیگر، پیش‌بینی میشود سالیانه 25 تا 50 هزار ایرانی نیازمند جراحی استئوکندرال باشند که با توجه به روند رو به رشد میانگین سنی، پیش‌بینی‌ها حاکی از افزایش این تعداد در طی سالیان آتی است. اگرچه بروز و درمان نقص استئوکندرال زانو بسیار رایج است، اما این آسیب میتواند در هر مفصلی در بدن انسان رخ دهد. برای ترمیم نقص استئوکندرال باید نیازهای استخوان، غضروف و رابط استخوان و غضروف در نظر گرفته شود. درمان‌های بالینی کنونی برای ترمیم نقایص استئوکندرال فقط تسکین‌دهنده بوده است، و نه درمان. از سوی دیگر، روش‌های جراحی کنونی بسیار تهاجمی‌اند و آسیب‌های جانبی زیادی برای بیماران در پی خواهند داشت. از طرفی، مهندسی بافت به عنوان یک جایگزین بالقوه برای درمان‌های سنتی ظاهر شده است چراکه میتواند به‌طور موثر برای بازسازی استخوان، غضروف و رابط استخوان-غضروف مورد استفاده قرار گیرد. یکی از فناوریهای مبتنی بر مهندسی بافتی که به طور موثر در سطح آزمایشی و تجاری برای درمان آسیب‌های استئوکندرال مورد استفاده قرار گرفته است استفاده از داربست‌های دولایه می‌باشد. این داربست‌ها با شبیه‌سازی محیط بافت طبیعی و همچنین فراهم نمودن محیط مناسب برای رشد و تمایز سلولی، ضمن زیست‌تخریب‌پذیری و زیست‌سازگاری امکان ترمیم بافت آسیب‌دیده را فراهم می‌آورند. از سوی دیگر، به کارگیری فناوری چاپ سهبعدی ظرفیت‌های مطلوبی برای توسعه این داربست‌ها فراهم می‌آورد؛ چراکه، با به کارگیری فناوری چاپگر سه بعدی، امکان کنترل بهتر خواص فیزیکی و مکانیکی داربست وجود خواهد داشت که به طور مستقیم و غیر مستقیم بر کارایی و خواص بیولوژیکی داربست تاثیر می‌گذارد. هرچند محصولات تجاری خارجی در این زمینه موجود است اما هزینه بالا و دسترسی محدود به منابع تامین‌کننده این محصولات مانع از دسترسی هموطنان به این امکان درمانی شده است. از سوی دیگر، در حال حاضر هیچ محصول مشابهی که مبتنی بر فناوری چاپ سه بعدی تولید شده باشد موجود نیست و محصولات موجود عمدتاً بر فناوریهای قدیمیتر تولید داربست‌های زیستی استوارند. این درحالی است که پیش‌بینی میشود با بهکارگیری فناوری چاپ سه بعدی تولید محصولاتی با کیفیت و کارآمدی بیشتر امکان‌پذیر باشد. ضرورت دیگر اجرای این طرح بهکارگیری روش‌های نوین و ابتکاری در به کارگیری همزمان پلیمرهای طبیعی و مصنوعی زیست‌سازگار در ساخت داربست است. هرچند پلیمرهای مصنوعی حصول خواص مکانیکی مطلوب را ممکن می‌سازند اما این پلیمرهای طبیعی نظیر کلاژن هستند که با ایجاد ناحیه چسبندگی سلولی محیط مناسبی برای رشد و تمایز سلولها فراهم کرده و ترمیم بافت آسیب‌دیده را ممکن می‌سازند. این درحالی است که عدم به کارگیری صحیح و اتخاذ استراتژی نامناسب در به کارگیری توامان این زیستمواد، حصول نتیجه مورد انتظار را تحت الشعاع قرار می‌دهد. بنابراین توسعه محصولی با خواص فیزیکی، مکانیکی و بیولوژیکی مطلوب و مبتنی بر فناوریهای پیشرفته نظیر فناوری چاپ سه بعدی ضروری می‌نماید.
مسئله اصلی تحقیق
هدف از این طرح توسعه و تولید داربست زیستی استئوکندرال دولایه به منظور ترمیم بافت استئوکندرال آسیب دیده است. به طور کلی، در این طرح با کمک چاپگر سه بعدی، ساختاری دو لایه و مشابه با ساختار لایه‌ای بافت استئوکندرال چاپ میشود. جوهر زیستی استفاده شده برای چاپ هر لایه داربست به صورت جداگانه توسعه داده شده و سپس لایه غضروفی داربست با کلاژن نوع اول پوشش داده میشود. بافت استئوکندرال از دو لایه استخوان و غضروف تشکیل شده است، در نتیجه به منظور شبیه‌سازی بافت بدن، در این طرح داربستی دو لایه با قابلیت ترمیم بافت استخوانی و غضروف تولید میشود. لایه استخوانی این داربست ترکیبی از پلیمر پلی لاکتیک-کو-گلایکولیک اسید (PLGA) و بتا تری کلسیم فسفات (β-TCP) است. پلیمر PLGA مادهای با تاییدیه سازمان غذا و دارو بوده که علاوه بر زیست‌سازگاری، قابلیت تخریب‌پذیری کنترل شده دارد. مواد حاصل از تخریب این پلیمر، موادی ایمن بوده که در سیکل متابولیکی به آسانی حذف می‌گردند. از لحاظ مکانسیم سلولی، رفتار این پلیمر در حضور سلولهای جانوری، بسیار قرابت خوبی با اینتگرین برقرار نموده که بدین جهت به مادهای پرکاربرد در طی چندین سال اخیر در حوزه مهندسی بافت استخوان تبدیل شده‌است. تخریب‌پذیری کنترل شده این پلیمر باعث تحریک مکانیکی و وارد شدن استرس مکانیکی به سلولها شده که خود موجب تسریع بهبود و ترمیم بافت استخوانی میشود. استفاده از PLGA بهتنهایی برای ترمیم و اتصال استخوانی کافی نیست. محدودیت‌های PLGA با اضافه کردن سرامیک β-TCP برطرف میشود. β-TCP در حضور سرم فیزیولوژیکی بدن هسته‌زایی می‌کند که باعث افزایش خاصیت استخوان‌زایی و استحکام مکانیکی لایه استخوانی داربست میشود. لایه دوم داربست با هدف شبیه‌سازی بافت غضروف چاپ میشود. جوهر زیستی این لایه نیز از جنس PLGA است که استحکام مورد نیاز برای لایه غضروف را فراهم می‌کند. سطح PLGA در این لایه با کلاژن پوشانده میشود. کلاژن قسمت عمده غضروف انسان را تشکیل می‌دهد و با ایجاد محلی مناسب برای چسبندگی سلولی، باعث رشد و ترمیم بافت غضروف میشود. محصول نهایی زیست‌سازگار است و امکان چسبندگی، رشد و تمایز سلولها را فراهم می‌آورد. خواص مکانیکی این داربست نیز به‌گونه‌ای است که ضمن تأثیر مثبت بر روند رشد و تمایز سلولها و ترمیم بافت، استحکام مکانیکی لازم در طول دوره ترمیم را نیز فراهم می‌آورد. زیست‌تخریب‌پذیری و طول دوره تخریب مناسب از الزامات دیگر کارایی این نوع محصولات است که توسط این داربست فراهم می‌آید.
درباره تیم پژوهشی
| نام و نام خانوادگی | رشته/ مقطع تحصیلی | همکار/ مشاور طرح | وضعیت شغلی |
| شهره مشایخان | مهندسی شیمی/ دکتری | مدیر اجرایی | عضو هیئت‌علمی دانشگاه صنعتی شریف |
| حسین فرامرزی | مهندسی شیمی/ دکتری | همکار | دانشجو |
| فاطمه صابری | مهندسی شیمی/ کارشناسی‌ارشد | همکار | دانشجو |
| ذبیح‌الله حسن‌زاده | متخصص ارتوپدی | مشاور | پزشک |
سوابق عرضه‌کننده فناوری و مسئول اصلی تیم پژوهشی
دکتر شهره مشایخان، دانشیار و عضو هیئت‌علمی دانشکده مهندسی شیمی و نفت دانشگاه صنعتی شریف است که تجربیات زیادی در زمینه مهندسی و ترمیم بافت، توسعه زیستمواد و پژوهش‌های مرتبط با سلولهای بنیادی دارد. ایشان از سال 1390 آزمایشگاهی مجهز با عنوان "مهندسی سلولهای بنیادی" را با هدف توسعه دانش فنی محصولات زیستی، روش‌های نوین ترمیمی و درمانی بافت و همچنین توسعه زیستمواد طبیعی، سنتزی و ترکیبی با اهداف بهکارگیری در طب ترمیمی تأسیس نموده که زمینه‌ساز ساماندهی تیم‌های دانشجویی و علمی در زمینه‌های مذکور گردیده است.
آقای مهندس حسین فرامرزی، مهندس شیمی و دانشجوی دکتری مهندسی شیمی گرایش زیست-پزشکی دانشگاه صنعتی شریف است. ایشان علاوه بر اجرای پروژه‌های تحقیقاتی مختلف در جهت توسعه دانش و فناوری و در زمینه‌های مختلف حوزه مهندسی شیمی، تجربیات قابل توجهی در زمینه توسعه محصولات تجاری اندوخته است. همچنین مواردی نظیر توسعه استارتاپ، تأسیس شرکت فناور، توسعه دانش فنی و احداث واحدهای پایلوت و احداث واحدهای صنعتی تولیدکننده محصولات زیستی و شیمیایی از جمله دستاوردهایی است که در کارنامه فعالیت‌های ایشان به ثبت رسیده است.
خانم مهندس فاطمه صابری، مهندس شیمی و دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی گرایش زیست-پزشکی دانشگاه صنعتی شریف است. ایشان ضمن تصدی مسئولیت آزمایشگاه مهندسی سلولهای بنیادی و ایفای نقش موثر در پیشبرد فعالیت‌های پژوهشی در حوزه سلولی، در پژوهش‌هایی با زمینه‌های مرتبط با توسعه محصولات استخوانی مبتنی بر چاپ سهبعدی توفیقات قابل توجهی کسب کرده است. ایشان همچنین فعالیت‌های ارزشمندی در راستای مهارت‌افزایی سایر دانشجویان در زمینه‌های مرتبط با چاپ سهبعدی زیستی و کشت سلولی به انجام رسانیده است.
مزایا
- تولید یک داربست دولایه زیست‌سازگار و تخریب‌پذیر به منظور درمان بیماران تحت آسیب‌های شدید استئوکندرال در ایران و منطقه غرب آسیا
- امکان درمان ضایعات شدید استئوکندرال با بهره‌گیری از روش‌های کم‌تهاجمی و به حداقل رسیدن آسیب‌های جانبی ناشی از روش‌های سنتی
- به کارگیری روش درمانی کارآمد و جلوگیری از تداوم روند تخریب بافت غضروفی و استخوانی آسیب‌دیده و کاهش هزینه‌های درمانی در یک بازه طولانی مدت
- ارائه یک روش درمانی تک مرحله‌ای و عدم نیاز به مصرف یا تزریق طولانی مدت دارو یا جایگزینی ایمپلنت
- امکان‌پذیری دسترسی به محصولی کارآمد و با قیمتی مناسب برای بیماران و عدم نیاز به واردات محصولات مشابه خارجی
- بهبود کیفیت زندگی بیماران و افزایش رضایتمندی آنان
کاربرد
این محصول یک ایمپلنت ترمیم‌کننده بافت استئوکندرال است که برای درمان عیوب غضروفی مفصل زانو استفاده میشود. هرچند این محصول اساساً به عنوانی داربستی زیستی برای رشد بافت جدید و کمک به بازیابی عملکرد طبیعی مفصل زانو طراحی شده است، اما با توجه به روش تولید و به کارگیری فناوری چاپ سهبعدی میتواند برای انواع مفاصل شخصیسازی شود. بیمارانی که به دلایل مختلفی از جمله ضربات شدید، فشار کاری، ورزش و پیری دچار ضایعه شدید استئوکندرال شده‌اند می‌توانند بسته به تشخیص پزشک مصرف‌کننده بالقوه این محصول باشند.
این محصول یک ایمپلنت ترمیم‌کننده بافت استئوکندرال است که برای درمان عیوب غضروفی مفصل زانو استفاده میشود. هرچند این محصول اساساً به عنوانی داربستی زیستی برای رشد بافت جدید و کمک به بازیابی عملکرد طبیعی مفصل زانو طراحی شده است، اما با توجه به روش تولید و به کارگیری فناوری چاپ سهبعدی میتواند برای انواع مفاصل شخصیسازی شود. بیمارانی که به دلایل مختلفی از جمله ضربات شدید، فشار کاری، ورزش و پیری دچار ضایعه شدید استئوکندرال شده‌اند می‌توانند بسته به تشخیص پزشک مصرف‌کننده بالقوه این محصول باشند.
خروجی‌های مورد انتظار تحقیق
- تولید یک داربست زیستی دولایه استئوکندرال با خواص فیزیکی، مکانیکی و بیولوژیکی مناسب جهت ترمیم بافت استئوکندرال آسیب‌دیده
- دستیابی به دانش‌فنی تولید داربست دولایه مبتنی بر فناوری چاپ سهبعدی و توسعه فناوریهای اصلاح بالک و سطح به‌منظور بهبود خواص زیستی و مکانیکی داربست.
هزینه و زمان اجرای طرح
- هزینه اجرای طرح حدود 800 میلیون تومان برآورد میشود.
- مدت‌زمان اجرای طرح حدود 18 ماه برآورد میشود.
تسهیم مالکیت فکری
- مالکیت معنوی: مشارکت‌کننده در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و مشارکت‌کننده در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: سهم مشارکت شرکت/شتاب‌دهنده متقاضی حداقل 10 و حداکثر 35 درصد خواهد بود (منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری بر اساس توافق طرفین و مشترک خواهد بود و باتوجه‌به سهم آورده نقدی و غیرنقدی توسعه‌دهنده، سهم مالکیت قابل‌مذاکره و توافق است).
ارتباط با ما
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@