העניין בפולימרים מתכלים גדל בחשיבותו בשנים האחרונות הן באקדמיה והן בתעשייה, בשל החששות הגוברים לגבי פסולת פלסטיק והפחתת השימוש במקורות שאינם מתחדשים1-7. בפרט, פולימרים סינתטיים תואמים ביולוגית ומתכלים נפוצים במספר תחומי יישום ביו-רפואיים, כגון שחרור מבוקר תרופות8,9, חוטי תפרים נספגים8,10, העצמת תהליכים ביולוגיים11 והנדסת רקמות12.
הנדסת רקמות מתמקדת בפיתוח מכשירים המסוגלים לשחזר ולשמור על תפקוד תקין ברקמות חולות או פגועות. רוב הרקמות הטבעיות מורכבות מסוגים שונים של תאים ומטריצות חוץ-תאיות (ECM) בהיררכיות מרחביות ספציפיות. לדוגמה, סחוס מפרקי (AC) מורכב מאזורים שונים עם סוגים וכיוונים שונים של סיבי קולגן וחלבונים קושרי קולגן. יתר על כן, סחוס ועצם מראים מבנים היררכיים שונים באופן משמעותי. בהקשר זה, הכנת פיגומים רב-שכבתיים בעלי תכונות מהונדסות בכל שכבה יכולה לאפשר החלפת רקמות הטרוגניות על ידי התחשבות בכל המיקרו-סביבות המקומיות של מערכות מורכבות אלה13,14.
בהתבסס על המאפיינים התאיים/ביולוגיים ו/או הפיזיקליים-כימיים של הפיגומים, ניתן לחלק את האסטרטגיות העיקריות שאומצו על ידי הנדסת הרקמות לחד-פאזיות, דו-פאזיות וטריפאזיות. גישות דו-פאזיות וטריפאזיות (BTA) משתמשות בשתיים או שלוש ארכיטקטורות נקבוביות שונות, חומרים או חומרי מילוי להכנת מכשירים פונקציונליים רב-שכבתיים. יתר על כן, ניתן להשתמש בחומר בודד להשגת מכשירים דו-פאזיים או טריפאזיים, כל עוד ניתן ליצור שיפוע בתכונותיו הפיזיקליות12.
נדידת תאים ממלאת תפקיד מפתח במורפוגנזה, דלקת, ריפוי פצעים וגרורות גידול. תנועת התאים מעודדת על ידי נוכחות של שיפוע של תכונות כימיות-פיזיקליות מפני השטח לליבת המכשיר. לכן, ביו-חומרים הממלאים את הדרישות שנדונו לעיל יכולים להיות מועילים בחקר נדידת תאים. בנוסף לשיפועים כימיים המעוררים נדידת תאים (כימוטקסיס), תכונות מכניות של מצע תרבית תאים יכולות גם להוביל לתנועת תאים (מכאנוטקסיס)15.
המבנה הרב-שכבתי יכול גם לספק שחרור מתכוונן של תרופות ספציפיות המשולבות במטריצת הפולימר, על ידי שינוי האזור הספציפי של השכבה או כמות התרופות הטעונות.
במהלך העשור האחרון, על מנת לפתח פיגומים בעלי שיפוע בדיד או רציף של תכונות מורפולוגיות, כגון נקבוביות או גודל נקבוביות, הוצגו מספר גישות16-31. המאמרים האחרונים התמקדו בהכנת BTA על ידי אימוץ: שטיפת חלקיקים 12,28,32, טכניקת קצף גז16, אלקטרו-ספינינג17-19, טכניקת יציקה שכבהאחר שכבה 20, אב טיפוס מהיר21,22, הפרדת פאזה המושרה תרמית (TIPS)22, ייבוש בהקפאת צנטריפוגה24,25, משטחים מינימליים תקופתיים משולשים (TPMS)26, יציקת הקפאה27-30.
במסגרת עבודה זו, אנו מציגים מסלול מהיר ופשוט להשגת פיגומים נקבוביים תלת שכבתיים מבוססי PLA (TLS), על ידי שילוב ערבוב נמס, דחיסה ושטיפת מלח. בשונה מרוב הטכנולוגיות המשמשות בדרך כלל לייצור פיגומים, האסטרטגיה שאומצה כאן יכולה להיחשב ידידותית לסביבה לחלוטין, מכיוון שהיא אינה דורשת שום ממס רעיל שעלול להיות מסוכן לסביבה ולתאים ורקמות חיים32. קשרי העיבוד-מבנה-תכונה הבסיסיים שנקבעו במחקר זה על ידי ניתוח תכונות מורפולוגיות והתנהגות מכנית של מכשירים מיוצרים מספקים הנחיות להתקדמות עתידית בתכנון פיגומים מדורגים רב תכליתיים עם תכונות מטרה ספציפיות.