قماش جديد مصنوع من نسج بيولوجية

وصف بحاثة في الجامعة ضمن ورقة بحثية نشرت في مجلة «سينتفيك ريبورت» (Scientific Reports،) كيف تصنع مادة متطورة وعملية باستخدام «خوارزميات الحياكة الطبيعية.» وطبق الباحثون ذلك عبر تصميم «قماش ذكي» يحاكي الخواص المتطوّرة والمعقدة للنسيج العظمي المسمى بالسمحاق. ويغطي هذا النسيج كافة العظام في الجسم البشري، باستثناء المفاصل، ويضيف قوة أكبر إلى العظام حتى تستطيع تحمل الصدمات الشديدة. وتنتج هذه المقاومة والمتانة عن الأنماط المعقدة للكولاجين، والإيلاستين، وغيرها من البروتينات البنيوية الموجودة ضمن السمحاق.
عمل الفريق على تصوير البنية الهندسية المعقدة للسمحاق بالأشعة، ثم تمثيله بنموذج ثلاثي الأبعاد. واستخدمت هذه النماذج لإنتاج نموذج أولي من القماش باستخدام نول حديث لحياكة الجاكارد (نوع من الأقمشة) يعمل تحت تحكم الحاسوب. وتقول الباحثة الرئيسة نوث تيت: «اختبرنا بعد ذلك إمكانية محاكاة الحبكة الطبيعية لنسيج السمحاق، باستخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب.» وتضيف: «حصلنا بالنتيجة على مجموعة نماذج أولية من القماش تحاكي خصائص السمحاق الذكية للشد والتوتر. وأظهرنا إمكانية استخدام هذه التقنية لاختبار ألياف أخرى، لإنتاج مجموعة كاملة من الأقمشة الجديدة.»

حياكة مستقبل المفاصل
واجه الباحثون بعض الصعوبات في نقل النسيج السمحاقي من نموذج حاسوبي ثلاثي الأبعاد إلى نول الحياكة، ليتحول إلى قماش فعلي. تقول تيت: «تكمن المشكلة لدى استخدام الكولاجين والإيلاستين في أن هذه الألياف صغيرة جداً مقارنة بالنول. ولهذا استخدمنا مادة مرنة لمحاكاة الإيلاستين، والحرير لمحاكاة الكولاجين.»
وبعد اكتمال اختبارات برهان صحة الفكرة، يستعد الفريق حالياً لإنتاج نماذج أولية من قماش السمحاق. وقدمت طلبات براءة اختراع لهذه المادة في أستراليا، والولايات المتحدة، وأوروبا. ومن المتوقع أن تمتد تطبيقات هذه الفكرة من تطوير المواد الطبية الحالية إلى تحسين تقنيات النقل والسلامة.
من الأفكار الممكنة لاستخدام هذه المادة، إضافتها إلى ضمادات ضاغطة (ذكية)، تستجيب لحركة المرضى المصابين بتجلط الأوردة العميقة، أو أمراض أخرى مشابهة. أو استخدامها لتطوير بدلات حماية تتصلب تحت تأثير الصدمات القوية من أجل ممارسي الرياضات الخطرة والجنود وحتى رواد الفضاء. أو استخدمها لصنع إطارات سيارات أكثر أماناً.
على الرغم من روعة كل هذه التطبيقات، إلا أن التطبيق الذي قرر باحثو الجامعة التركيز عليه، كان ذو طابع بيولوجي. وتشرح الباحثة الرئيسة جوانا إنج: «نهدف على المدى البعيد إلى حياكة نسج بيولوجية – وبصورة أساسية، أجزاء من الجسد البشري - في المختبر، بهدف استبدال وإصلاح المفاصل التالفة، بحيث تعكس هذه النسج البنية البيولوجية، والهندسية، والخصائص الميكانيكية للسمحاق.» يعمل الفريق حالياً باتجاه هذه المرحلة المقبلة، وذلك على أمل استغلال كل الإمكانات الكامنة لهذه المادة الخارقة.