بر هم کنش های سلولی سطح مصنوعی

بر هم کنش های سلولی سطح مصنوعی:
چسبندگی سلول هدف
آندریا- ال- کوئینگ و دیوید و گرینگر
این فصل روش های به کار رفته در چسباندن و پایدار سازی اتصلالات مختلف انواع سلول پستانداران را بر سطوح بیو مواد تشریح می کند. چنین تحقیقاتی برای تحریک (ترغیب) احیا و درمان سلول در فصل مشترک بافت- بیومواد بسیار اهمیت دارد. یکپارچگی سریع سلولی و بافت در کاشتتنی های دراز مدت دستگاههای رهایش دارو و داربست های مصنوعی بافت که در بازسازی کنشی اندام مورد استفاده قرار می گیرند، جهت جلوگیری از مشکلات التهابی و ایمنی ناشی از پاسخ مزمن به جسم خارجی و نقص دستگاه ضروری است. اگر روش های بررسی شده در روی سلول های ویژه هدف واقع در سطح بیومتریال از بر هم کنش های بین گیرنده های انتگرین سطح سلولی با مولکولهای ماتریس بر روی سلول های رونشین شده یا با اتصال کووالانسی (برای مثال، فیبرونکتین) یا با RGD که شناخته شده ترین ماده پپتیدی پیوند سلولی است بهره می گیرند. این فصل روشهای اتصال سلول ها به سطوح را از طریق گیرنده های سلول بازنگری کرده کاربرد برخی مولکلولهای پیوندی غیر انتگرین را در چسبندگی سلول تشریح کرده؛ سلول جامد (سخت)، پلیمر ها و ماتریس های ژلی به کار رفته در بیومواد چسبنده سلولی را بررسی کرده ؛ به طور مختصر قراردادهای آزمایشگاهی مورد استفاده در کنترل رشد سلولی که وابسته به چسبندگی می باشد تکثیر و علائم اتفاقات درون سلولی سطوح را توصیف کرده؛ و مجموعه گسترده ای از مراجع حاوی متون اصلی بیان کننده فن آوری، تدابیر تحقیقاتی روز و تلاش دانشمندان در گسترش این زمینه گردآوری شده است.
-سطوح ها در سطوح بیومواد
علارغم توسعه مداوم بیومواد جدید برای استقرار طولانی مدت در کاربردهای فن آوری زیستی و پزشکی از جمله حسگرهای زیستی دستگاههای رهایش دارو، کاشتنی های ارتوپدی و دندانی، کاتترهای ژن درمانی، پیس میکر (دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب)، استنت ها، اندام های مصنوعی، آزمون های زیستی، مهندسی بافت و پروتزها و مواد اندکی قابلیت حفظ اتصال مداوم سلول و یکپارچگی بافت ها را در محیط آزمایشگاه از خود نشان می دهند. با این وجود یکپارچگی دستگاه با بافت برای اجتناب از التهاب مزمن پاسخ های جسم خارجی و عفونت در حین بهبودی کاشتنی ضروری است.
پیشرفت های حاصل از داربست های بافت اندام کنشی و بازسازی بافت و یکپارچگی آنی (خود جوش) بیومواد به توانایی در ارتقاء حفظ و ترکیب چسبندگی اجزاء مورد نیاز زیست مولکولی و سلول های خاص موجود در سطح و داخل بیومواد که به طور نامشخص به عمل کاشت بستگی دارد و البته هستند. زمانی که به ترتیب وقاعی و نشانه های فیزیولوژیکی که چسبندگی ابتدایی سلول- بستر و تکثیر را به نوزایی سه بعدی بلند مدت بافت مربوط می سازد نا مفهوم باشد چسبندگی سلول ها به بستر ها یک رویداد بسیار مهم برای همه انواع سلول های مرتبط با چسبندگی خواهد بود. همچنین بیان فنوتیپ و تفکیک سلول به این رخداد آغازین بستگی دارد . همچنین رویدادهای مهم ثانویه در چسبندگی که بر شناخت موفقیت آمیز سطح- سلول بستگی دارند، شامل فرایند و سازماندهی پایه سلولی ماده ماتریس برون سلولی (ECM)، سیگنال های درون سلولی ارتباط بین سلولی و یکپارچگی عملیاتی یا کشت با دیگر انواع سلول های مورد نیاز در شکل دهی ساختار و معماری بافت می شوند.
لذا، زمانی که چگونگی رفتار چسبندگی سلول نتواند به طور کامل پایداری طولانی مدت و موفقیت بیومواد مهندسی بافت را مشخص کند بر هم کنش های سطح- سلول بسیار مهم شده و می تواند برای کنترل مراحل ابتدایی بین سطحی بافت- بیومواد ضروری باشد. شیمی فصل مشترک و توپولوژی سطح عوامل تعیین کننده بسیار مهم بر هم کنش های بین بیومواد و سیالات فیزیولوژیکی سلول ها و بافت هستند. به دلیل جذب همه گیر غیر مشخص پروتئین در اغلب مواد شیمیایی ابتدایی یا غیر طبیعی به کار رفته در بیشتر بیومواد بالینی مورد استفاده (برای مثال، فلزات و آلیاژها، پلیمرهای مصنوعی، سرامیک ها) عکس العمل بدن به مواد خارجی مزمن و حاد، چسبندگی آلی سلول، و یکپارچگی بافت مشکل می شود. در مقایسه با چسبندگی سطح سلول و تکثیر در جهت گسترش التیام و یکپارچگی و پاسخ متعارف بدن به کاشتنی خارجی نتیجه رخداد های تشخیص سطح توسط سلول های مدوله کننده ایمنی (تنظم کننده ایمنی) است که به اشکال مرکب بر سطوح بیومواد پوشیده شده با پروتئین عمل کرده تا واکنش های التهابی را تحریک کنند. علاوه بر این واکنش های واسط چسبندگی نتروفیل، مونوسایت و ماکروفاژ نیز وجود دارند که از شناخت ضعیف سطح پدیده های قابل توجه (برجسته) ناشی می شود. بدین ترتیب کنترل چسبندگی سلول- سطح برای بازسازی و یکپارچگی بافت طبیعی و همچنین جهت جلوگیری از پاسخ جسم خارجی التهاب مزمن و پس زنی نهایی دستگاه مهم است.
این فصل سعی دارد که اطلاعات و روش های روز به کار رفته توسط محققان را در زمینه اتصال مستقیم و شیمیایی لیگاندهای خاص چسبنده سلولی در جذب انواع خاص سلول های سطح بیومواد را بیان کند. هدف نهایی این استراتژی ایجاد یک اتصال و تکثیر پایدار و جابچائی سلول ها بر روی بیومواد مصنوعی به منظور گسترش یکپارچگی بافت، نگهداری (حفاظت) فنوتیپی سلول و تفکیک سلول است.
از آنجا که مواد شیمایی مصنوعی یا طبیعی مورد قبول موجود در بیومواد کاشتنی های اغلب به عنوان بهینه ساز رشد بافت، اتصال یا یکپارچگی سلول قلمداد می شوند، فصل مشترک میزبان، کاشتنی در بیشتر موارد جهت بهبود پاسخ میزبان به روش های شیمیایی اصلاح می گردد. عوماً استراتژی های اصلاح سطح پوشش دهی، تثبیت زیستی، ته نشینی، فیلم ها، پیوند زنی شیمایی و شاخه دارد کردن برای بیان شیمیایی مطلوب به کار رفته و بدین وسیله بر هم کنش های فصل مشترک خاص بین بیومواد و محیط بیولوژیکی را تسهیل می کنند. روش های مختلف از جمله، فیلم های آلی تک لایه خود انتگرین، لیتوگرافی، پوشش دهی پلیمر و ته نشینی فیلم نازک، پیوندزنی و اصلاح پلاسما توصیف شده و به دو استرتژی عمده تقسیم می شوند: پس زنی زیستی غیر فعال و یکپارچگی (تجمع) سلولی فعال، روش پوشش دهی غیر فعال زا اصلاح در جهت ممانعت از اتصال یا یکپارچگی کلیه اجزاء بیولوژیک شامل پروتئین ها، پپتیدها، باکتریها و سلول ها استفاده می کند.

معمولاً از پوشش هیدرولوژی فوق هیدراته چرب استفاده میشود (برای مثال پلی اکریلات ها، پلی اتیلن گلیکول (PEG) پلی وینیل الکل (PVA)، دکستران ها، هپارین) در مقابل پوشش دهی فعال از اصطلاح شیمیایی سطح برای به خدمت گرفتن پروتئین های خاص ماتریس و انواع سلول های مطلوب در سطوح کاشتنی، ارتقاء محیط پایدار متمرکز شده در فصل مشترک کاشتنی- میزبان که نسبت به چسبندگی و تکثیر سلولی و یکپارچه سازی بافت رسانا است، استفاده می کند. (شکل 2-66).
این سطوح اصلاح شده بیومواد قابلیت رونشینی گزینشی کامل، پروتئین های قابل حل عاملی ECM که دارای توانایی بر هم کنش مستقیم با گیرنده های یک نوع سلول هدف هستند و یا ارائه لیگاندهای برانگیخته که مستقیماً با گیرنده های سلول سطح بر هم کنش می دهند را دارند. متناوباً بر هم کنش های نخستنی بین درشت مولکولهای زیستی قابل حل (پروتئین ها، پپتیدها، فاکتورهای رشد سرنوشت سلول را تعیین کرده و پیامدهای بافتی خیلی دیرتر در سطح کاشتنی ظهور می کند. لذا، اغلب استراتژی های فعال یکپارچه سازی سلول را برای کنترل این وقایع (رفتارهای) نخستین بافت توسط فراهم سازی ترکیبات شیمیایی شناخته شده خاص در سطح به منظور اتصال پروتئین های چسبنده سلول ECM که وظیفه جذب سلول ها برای چسبندگی به بیومواد از طریق رفتار گیرنده های واسط را دارن، تلاش می کنند. در حقیقت مزیت اصلی دستکاه مهندسی بافت در مورد کلیه بیومواد، توانایی کنترل رشد سلول تکثیر و تفکیک بر روی یک سطح زیست سازگار با هدف ایجاد و بافت عملکردی طولانی مدت است. بنابراین هدف فن آوری نهایی خلق مواد جدید با سطوح بر هم کنش بیولوژیکی برای ایجاد انگیزش در تولید اندام های مهندسی زیستی و بازسازی بافت است.

بسیاری از بیومواد دارای حداقل توانایی های محدود در اتصال سلول های بافت تحت شرایط کنترل شده در آزمون های آزمایشگاهی هستند که در آنها محیط کشت سلول، ECM و دیگر پروتئین های سرم و فاکتور چپش قابل تغییر بوده تا رونشینی به شکل دلخواه صورت گرفته و چسبندگی سلول تسهیل شود. ده ها کاربرد کشت بافت پلی استایرن حاکی از اصلاح سطح خام پلی استایرن هیدروفوبیک (چسبندگی ذاتی بدون پشتیبان سلول) از طریق اکسیده کردن مقادیر تغییرات شیمیایی ترکیبات و ساختارهای پروتئین، ردیابی سرم رونشین شده بر این سطوح اکسیده شده، تسهیل موافق کشت سلولی بعد از اصلاح سطح. البته در کاربردهای عملی تر شرایط فیزیولوژیکی که تنازع کنترل نشده مقدار کم ECM قابل حل با سرم های غنی از پروتئین دیگر را مستقیماً با سطوح بیومواد (محیط چند جزئی سرم) تحت الشعاع قرار می دهند، چسبندگی سطح- سلول را مشخص می کنند. شرایط رقابتی جذب پروتئین مدل مناسب تری را برای پیش بینی و تسهیل رفتارهای سلولی مطلوب آزمایشگاهی، بیومواد مانند چسبندگی سلول، گستردگی تکثیر، تفکیک، زنجیرهای نشان دار (سیگنال) جابجائی و در نهایت هم کشتی موفقیت آمیز و رگ زایی (آنژیو ژنسیس).
تولید سطوحی که به صورت موفقیت آمیز از چسبندگی سلول حمایت کنند دارای تاریخچه تجربی هستند: دانستن شیمی خاص سطح را برای کمک به چسبندگی سلول تحت شرایط کنترل شده لازم است. ادامه تحقیقات سعی در توصیف ارزش پیش گویی طرح دارند که چرا سطوح قطبی آب دوست تر، چسبندگی سلولی بیشتری نسبت به ECM چند جزئی رقابتی یا محیط غنی از سرم داشته و چرا تاثیرات سطح سلول- ماده شیمایی در صورت حضور فقط پروتئین های ECM در غلظت های مناسب رونشینی ناچیز است. علاوه بر چسبندگی، شیمی سطح نیز برای مشخص سازی رفتار اولیه چسبندگی سلول مهم است. این رفتارهای واپسین برای دستگاههای مهندسی بافت بسیار پر اهمیت هستند زیرا چسبندگی سلول به تنهایی با اینکه ضروری است اما برای حفظ تکثیر و یکپارچه سازی سطح- سلول کافی نیست. ساختار اسکلتی یاخته ای بازسازی تهیه مسطح سازی سلول تغییر شکل فنوتیپ و گسترش پیوند اسکلتی غشاء شامل تماس های دسته بندی گیرنده ها و فعالیت های نشان دار "وارونه" که مسئول تنظیم ژن بیان فنوتیپیک و تکثیر هستند، رفتارهای مهمی به شمار می روند که می بایست به مدت طولانی بر روی سلول های موجود در سطح در طول روند کاشتنی حفظ شوند.
-ماتریس برون سلولی و محرک های چسبندگی سلول
اجزاء گوناگون سرم قابل حل (پروتئین ها، پپتیدها) برای تسهیل چسبندگی سلول، گسترش و تکثیر و ارائه شیمی سطح متناسب با توانائی انجام آنها کاملاً شناخته شده اند. ادامه کشفیات و مطالعات بیولوژی مولکولی اجزاء اندوژنوس ECM و سلولی نوین عامل روشن شدن زنجیره محرک های اصلی پروتئین ذخیره شده ای است که برای چسبندگ گیرنده سطح سلول به پروتئین های ECM را که به عنوان واسطه مسئولیت چسبندگی سلول به بیومواد رونشین شده ECM را بر عهده دارند معلوم کنند. دواستراتژی عمده ای که از اطلاعات مولکولی بر هم کنش های چسبندگی سلول- پروتئین بهره می برند معلوم کنند. دو استراتژی عمده ای که از اطلاعات مولکولی بر هم کنش های چسبندگی سلول- پروتئین بهره می برند از ECM و جایگزین های پپتیدی جهت اصلاح بیومواد استفاده می کنند. رشته های آمینو اسید موجود در درون پروتئین های ECM مختلف به طور مصنوعی به شکل پپتیدهای کوچک دو برابر شده و به صورت لیگاندهای قابل حل یا لیگاندهای سطح برای افزایش بر هم کنش های سلول با سطوح بیو مواد مصنوعی تهیه می شوند. بررسی مقالات مفصل مربوط به پپتیدها و تصحیح کننده های ECM سطح حاکی از این است که کلیه پپتیدها باید به صورت تشدید کننده های موثر چسبندگی سلول باشند که از مجموعه کوچک رشته های کوتاه ذخیره شده ای که در پروتئین های ECM یافت می شوند مشتق می گردند. روشهای اصلاح سطح مختلفی برای ایجاد چنین محرکهای زیست فعال موجود در گیرنده های سلول بر حسب بیومواد استفاده می شوند.
بیشترین بخش مطالعات را احتمالاً مولکولهای چسبنده سلول که پروتئین های سرم ECM قابل حل را شامل فیبرونکتین، ویترونکتین، خانواده کولاژن ها، ترومبوس پوندین استئوپونتین، فیبرونکتین ها تقریباً در تمام مایعات فیزیولوژیکی لامینین هستند در بر می گیرند. از این گروه البته فیبرونکتین ها تقریباً در تمام مایعات فیزیولوژیکی همچنین سطح سلول که بیشترین تحقیقات چسبندگی سلول را به خود اختصاص داده اند یافت می شوند. محرک های پپتیدی و آرجنین- گلیسین- آسپارتیک اسید- سرین (REGDS) تیروسین ایزولوسین، گلیسین- سرین- آرژنین (YIGSR)، یا ایزولوسین- لیسین- والین- آلانین- والین (IKVAV) در داخل رشته های آمینو اسید اولیه اکثر پروتئین های ECM وجود داشته و وظیفه حمایت (کمک به ) چسبندگی سلولی واسط بین خانواده اینتگرین گیرنده های سطح سلول را بر عهده دارند. تشخصی گیرنده مشخصه های کامل پیوده و رفتارهای قابل توجه بعدی ترکیب ECM پروتئین – سلول به طول موثری توسط این رشته های کوتاه ECM ساکن بر سطح بیان می شوند. این رشته های اصل آمینو اسید که اهمیت خاصی در چسبندگی سطح- سلول دارند به طور گسترده به صورت پپتیدهای تحریک زای انتگرین مورد مطالعه قرار گیرفته اند. تاکنون وسیع ترین مطالعات انجام شده در مورد لیگاند چسبندگی پپتید شامل آرژنین- گلیسین- اسید اسپارتیک یا رشته RGD بوده است. که در همین واحد تکرار شوند، نوع III فیبرونکتین گلیکوپروتئین ECM یافت شده اند. این رشته فیبرونکتین RGD در قسمت مرکز این پروتئین جای گرفته است. مشاهدات اخیر نشان می دهد که RGD به تنهایی در فیبرونکتین جذب شده عمل نمی کند بلکه به شکل زنجیره به دنبال رشته های کناری پروتئین فعال شده و سبب افزایش تشخیص گیرنده سلول و رفتارهای چسبندگی کامل می شود. معمولاً فیبرونکتین رونشین شده بر سطوح باعث افزایش چسبندگی سلول می شود. تعادل میل ذاتی پیوند فیبرونکتیتن به گیرنده های سلول در سطح و ساختار (ترکیب) به صورت فوق تعادل بیان می شود؛ میل پیوند گیرنده سلول برای فیبرونکتین قابل حل به طور قابل ملاحظه ای کمتر از آن چیزی است که در فیبرونکتین جذب شده در سطح یافت می شود. رشته RGD مصنوعی به تنهایی بسیاری از خصوصیات چسبندگی سلول فیبرونکتین را دو برابر می کند، البته نه تمام خصوصیلات را. ملاحظه ویژگ مهم فیبرونکتین، اندازه حوزه های گوناگون با حدود Kda 40 و پیشنهادات اخیر مبنی بر اینکه قلمرو (محدوده) پروتئین دیگر نیز در کامل شدن پیوند سلولی نقش دارند قابل توجه است.
اساساً چسبندگی رشته RGD در بین کلاژن نوع I تروموبوس پوندین، فیبرمینوژن، فیبرونکتین استئوپونتین، سیالو پروتئین استخوان I و احتمالاً پروتئین های دیگری که هنوز کشف نشده اند مشترک است. انواع قابل حل وتیتر شده پپتیدهای RGD را می توان به ترتیب به عنوان بازدارنده ها و کاتالیزورهای چسبندگی سلول استفاده کرد. منابع تجاری این پپتیدهای قابل حل بی شمارند. از آنجا که در این مولکولها به آسانی در دسترس هستند در هنگام ساکن سازی آنها کمتر از 100 برابر منابع اصلی ECM و کاتالیزورهای موثر چسبندگی جرم داشته و به طور گسترده در دستگاههای مختلف فن آوری زیستی و پزشکی زیستی به کار برده می شوند.
درمانی، هنگامی که تثبیت RGD (جزئیات بعداً توضیح داده خواهد شد) به عنوان بخش از هدف یابی سلول مورد توجه قرار گرفت، گروههای جدیدی بیومواد با توانایی جذب دسته های خاصی از پروتئین چسبنده، پپتیدها، کربوهیدرات ها، فسفولیپیدها و اسیدهای نوکلوئیک بر روی سطوح لیگانهای خاص سلول طراحی شدند.
-گیرنده میانی چسبندگی سطح- سلول
مکانیزم های چسبندگی سطح- سلول به طور گسترده ای مورد بررسی و دسته بندی قرار گرفته اند. هم گیرنده ها و هم لیگاندهای هدف آنها مورد بازبینی قرار می گیرند. آنچه در این فصل مورد تاکید قرار می گیرد به جنبه های افزایش پیوندهای سلول- گیرنده به سطوح تثبیت شده لیگاند که سبب افزایش رشد و نمو متعاقب تماس موثر پراکندگی و پاسخ های نشان دار می شود محدود می گردد. گیرنده های انتگرین سلولی که محرک های چسبنده طبیعی ECM را می شناسند، هم در پروتئین ها و هم در پپتیدهای کوتاه شده به شکل وسیعی در اغلب انواع سلولهای پستانداران از قبیل پروتئین های فراغشائی حاوی زیر بخش های فراغشائی و بروز می کند. اثر خانواده های انتگرین های سلول مربوطه که رشته RGD آنها چه به تنهایی و چه در درون پروتئین های کامل ECM شناسائی شده اند از 16 زیر بخش شناخته شده و 8 زیربخش شناخته شده جایگشت های (استحاله های) جفتی بسیار دیگری نیز ممکن است پیوندهای بینایی انگرین سلول ها به پروتئین های رونشین شده بر روی سطوح منجر به رفتارهای قابل ملاحظه در بیومواد و مهندسی بافت می شود. از آن جمله چبش سلول ها به این سطوح و فعالیت زنجیرهای انتقال سیگنال درون سلولی ناشی از حالت ژن و تقویت (احیا) و سازماندهی دوباره اجزا اسکلت سلولی که مسئول حالت فنوتیپیک هستند را می توان نام برد. بنابراین چسبندگی سلول بینایی انتگرین به بیومواد به پذیرش طبیعی حوزه های "دومین های" درون پروتئین های ECM یا رشته ای پپتیدی چسبنده تثبیت شده مانند RGD نیازمند است. در روش گیرنده بینابینی (میانی) بیومواد مجتمع با سلول های آزمایشگاهی مشتق شده از بافت می بایست لیگاندهای پپتیدی انتگرین جای گرفته در سطح در دسترس بوده و از نظر شیمیایی و ساختاری پایدار باشند و در چگالی مناسب تثبیت شوند تا به پیوند لیگاند- گیرنده کمک کنند. چندین مبحث مربوط به این موضوع در ذیل بیان شده است.
1- سیالات فیزیولوژیکی حاوی (اجزاء سطح فعال مختلفی از جمله پروتئین ها، پروتئوگلیکان ها، پروتئازها، اسیدهای چرب، لیپیدها و پلاکت ها هستند که می توانند سبب تضعیف تغییر ناشناس شدن و یا حذف این لیگاندها از بیومواد شوند.
2- حالت گیرنده انتگرین سلول در سلول های کشت علارغم قابلیت های مشخص هر دو نوع بافت سلولی در تسهیل پیوند انتگرین- ECM اغلب از حالت نمونه های گیرنده دیده شده در آزمایشگاه متمایز است.
علاوه بر این رشته های حالت موقت انتگرین ممکن است به مرور زمان با تفکیک سلول یا تغییر فنوتیپک تغییر کنند.
3- رشته های کوتاه پپتیدی بازشناخته شده توسط انتگرینهای و مختلف تنها اطلاعات اصلی شده را نگهداری می کنند: به خاطر اینکه آنها برای گذارهای ساختاری دو ‍(اتمی) سه (اتمی) چهار (اتمی) بسیار کوچک هستند. لذا این پپتیدها ی کوتاه نسبت به تغییرات القایی طبیعت سطح، حلال و گرما پایدار می باشند. رشته های مصنوعی بلندتر ممکن است نسبت به اغتشاشات ساختاری یا تغییرات آنزیمی که انتگرین در سطح را کاهش می دهد حساس تر باشند.
4- رشته های قابل حل RGDS به عنوان مهار کننده توانایی پلاکت ها در شرکت آنها در تجمع پلاکتی و بازدارندگی چسبندگی فیبروبلاست به سطوح از پیش پوشش داده شده فیبرونکتین شناخته می شود.
-اتصال سلول- پپتید و پروتئوگلیکان
با وجود اینکه پروتئین های مختلف حاوی رشته های پپتیدی RGOS به عنوان لیگاندهای برای اینتگرین به خدمت گرفته می شوند اما رشته های پپتیدی دیگری نیز وجود دارد که با اینتگرین ها پیوند خورده و می توانند بر سطوح بیومواد تثبیت شوند وبرای پیوند و اتصال سلولی مورد استفاده قرار می گیرند. مثال هایی از رشته های پپتیدی مختلف مشتق شده از مولکولهای ECM مانند ویترونکتین، لامینین، کولاژن و فیبرونوژن نیز به عنوان واسط به کار برده می شوند علاوه بر این پپتیدهای منحصر به فرد بیشتری نیز می توان بر روی سطوح تثبیت کرد تا عمل هدف یابی یک نوع سلول خاص برای چسبندگی صورت گیرد. برای مثال پپتید REDV برای چسباندن گزینشی سلول های اندوتلیلا به بیومواد و جلوگیری از چبش فیبربلاست ها، سلول های نرم ماهیچه یا پلاکت ها به کار می رود. رشته پپتیدی DGEA که در کلاژن نوع I یافت می شود از پیوند سلول های نرم ماهیچه جلوگیری کرده اما جلوی پیوند رشته های سلول فیبرو سارکوما و استئوسارکوا به کولاژن نوع I را نمی گیرد. تثبیت فاکتوره رشد نشان دهنده روش تثبیت "کل مولکول" در کشت عاری از سرم سلول است. انسولین و فاکتور رشد اپیدرال چه به صورت همگن و چه الگویی توانایی هدایت چسبندگی سلول بدون پروتئین های ECM دیگر را دارد.
همچنین محققان دیگری از پپتیدهای شناخته شده جهت پیوند به مولکول های بیولوژیکی به جای انتگرین هایی که بر سطح بسیاری از انواع سلول های دیگر یافت می شود استفاده کرده اند. گلیکوزامینو گلیکان هایی (GAGS) مانند سولفات های هپارین، در اکثر سلول های پستانداران یافت شده و به عنوان لیگاندهایی برای بسیاری از پروتئین های شناخته شده مانند آنتی ترومبین III فاکتور رشد فیبروبلاست ابتدایی و فیبرونکتین پذیرفته می شوند. دی و همکارانش با ساخت یک پپتید با عامل آمینو اسید پیوندی هپارین توانستند استئوبلاست ها کالواریان موش را از طریق لیگاند KRSR به نوارهای پوششی شیشه ای پیوند بزنند، هر چند رشته RDGS از چسبندگی این نوع سلول مشابه حمایت نمی کند که این امر نشان دهنده پیوند سلولی مستقل انتگرین است. ساکیاما و همکارانش در سال 1999 از چهار حوزه دومین پیوند هپارین آنتی ترومبین III جهت پیوند GAGS یافت شده در نرون های خلفی جنینی گونه استفاده کردند. نتیجه به دست آمده حاکی از قابل استفاده بودن پپتیدهای درون ژل فیبرین عامل های درمانی برای بازسازی اعصاب محیطی به وسیله خدمت گرفتن آنها تحت عنوان لوله های هدایت عصب بود.
پپتیدها و پروتئین ها تنها مولکول های بیولوژیکی کنترل کننده (تیترکننده) و حمایت کننده ها رشد سلولی بر سطح نیستند. کاملاً مشخص است که سلول های پستانداران دارای توده فشرده کربوهیدرات بر سطح خود بوده و اغلب به عنوان لیگاندهای برای لکتین های یافت شده در انواع مختلف سلول پستانداران عمل می کنند. این بر هم کنش بین کربوهیدرات ها و پذیرنده های لکتین آنها برای جابجائی سلولی و چسبندگی سلول ها به یکدیگر ضروری است. در یک تحقیق به عمل آمده دسته ای گالاکتوز تیتر شده بر سطوح PEO به پیوند هپاتوسایت های اولیه از طریق پذیرنده آزیا لوژلیکوپروتئین کمک کرده و گسترش سلولی را افزایش می دهد. بدین ترتیب بهره گیری از مولکول های بیولوژیکی سطح سلول در چسباندن انواع خاص سلول به بیومواد پتانسیل خوبی به حساب می آید.
-تثبیت چسبندگی سلول
روش هایی به کار رفته در چسبندگی جهت مند سطح- سلول شناخته شده حاوی (1)جذب مستقیم پروتئین های ECM ای پپتیدهای مربوطه مانند RGDS به سطوح مهندسی شده بهینه جهت حفظ اشکال فعال این گونه پروتئین ها و پپتیدها (شکل 1-66)، (2) تهیه سطوح مواد به کار رفته در اتصال کووالانسی اجزاء کمینه پیوند پروتئین های ECM و یا پپتیدها به سطوح (شکل 2-66) و (3) کاربرد شناخته شده لیگاندهای خاص سلول در جهت دار کردن انواع مختلف سلول و بافت به سطح است پرداختن به تمامی قراردادهای آزمایشگاهی و روش های متداول به کار رفته در جهت دار کردن انواع خاص سلول به بیومواد از حوصله این فصل خارج است. لذا تنها چندین مثال به همراه مقالات مرجع اصلی که بسیاری از روش های فعلی به کار رفته را با جزئیات دقیق تر در بر می گیرد تشریح می شود.
به منظور تلفیق موفقیت آمیز سلول های پستانداران با مواد جهت بازسازی بافت های عملیاتی به سطوح بیو مواد باید محیطی را که در آن نوع سلول مورد نظر به طور فعال تکثیر یافته و رفتاری مشابه شرایط فیزیولوژیکی دارد (نگهداری فنوتیپک) پرورش دهند. این وضعیت همچنین شامل نگهداری فنوتیپ سلول درون بافت تکثیر بدون تاثیرات نامطلوب تغییر شکل یا سازگاری بازگشتی است که می تواند سبب از دست رفتن فنوتیپ متمایز سلول های حاوی هسته ناهمگون یا تکثیر با نرخ های بالا و نواحی کانونی ویژه شود. طراحی بیومواد با درجه کنترل شده ساختار و مواد شیمیایی که سبب بهبود بازسازی انواع خاص سلول می شود برای ادامه حیات سلول و حفظ عملکرد آزمایشگاهی خصوصیات مورد نیاز برای دستگاههای مهندسی بافت ضروری است. این روش طراحی سطوح مهندسی مصنوعی کاشتنی که به طور فعال سبب تحریک رشد و تکثیر سلولی می گردد اخیراً تحت عنوان "مهندسی زیست تقلیدی مواد" نامگذاری شده است. ساختار بیوموادی که سبب افزایش خودبخودی تحریک جهت تکمیل یکپارچگی بافت می شوند نیازمند هیبریدیزاسیون پیچیده شیمی، شیمی زیست، زیست شناسی سلول و مهندسی مواد است. از آنجا که باکتری ها و سلول های ایمنی تحت مراقبت (برای مثال، ماکروفاژها) نیز دارای گیرنده هایی برای پروتئین های EMC هستند پارامترهای اجرایی این مواد شامل تحریک تلفیق سریع سلول بدون عکس العمل های گواناگون ایمنی یا تشکیل کولونی (توده) باکتری می شود. هر یک از خصیصه های فیزیکی توده ماده تحت چنین سطوح مهندسی (در شکل پلیمر جامد، فلز یا مونولیت های سرامیک، ژل های ورقه ها، فیبرها، بافت ها، کامپوزیت ها یا ذرات) به طور جداگانه برای اصلاح سطح در کاربردهای خاص قابل ملاحظه هستند. البته هر شیمی توده ماده چالش های مرتبط با تغییرات شیمیایی سطح در تثبیت کنترل شده و موثر لیگاندهای چسبندگی سلولی را ارائه می دهد.
حالت های مختلف متداول تثبیت زیستی به کار رفته در اصطلاح سطوح توسط لیگاندهای قابل شناسائی در شکل 1-66، 2-62 خلاصه شده اند. بافت مواد (Texture) توپولوژی و تخلخل نیز نقش بزرگی به عنوان واسطه رفتار چسبندگی سلول نقش بزرگی به عنوان واسطه رفتار چسبندگی سلول مستقل از شیمی آن بازی می کنند. هر چند اثرات ناشی از ترکیب تثبیت زیستی لیگاند و توپولوژی سطح بیومواد کشت شده اند که شامل پوست استخوان، عصب، قرنیه، سلول های اندوتلیال، نخاع، سلولهای خونساز، پلاکت ها، سلول های ساقه، سلول های کبدی، سلول های حسی مو سلول های جزایر لانگرهانس (پانکراس) سلول های رحم، کلیه و فیبروبلاست ها جهت مطالعه وضعیت ارتباطی سلول ماده و سلول- سلول همانند کشت سلول و اندام زدایی می شود. اکنون می دانیم به بحث مثال هایی از مطالعات به عمل آمده سطح- سلول در زمینه چسبندگی هدفدار سلول بپردازیم.
-سلول های خونساز
همه مواد کاشته شده باعث فعالیت سلول هایی میشوند که وظیفه مراقبت از ایمنی بدن را بر عهده دارند. این سلول ها شامل مونو سایت ها، نوتروفیل ها و ماکروفاژها هستند که با ایجاد پاسخ های مزمن یا حاد منجر به التهاب و پاسخ های مختلف محلی می شوند. ماکروفاژها دارای گیرنده اینتگرین ماک- ا هستند که پروتئین های جذب شده بر سطوح را شناسایی می کند. بیومواد جدید که پاسخ های ایمنی سلول را کنترل کرده و یا به حداقل می رسانند از لیگاندهای شیمی کاشتنی، آزاد سازی دارو (برای مثال، سایتوکین) یا لیگاندهای نوین بر پایه گیرنده ها که یک روش امیدوار کننده جهت اشاره به ایمن مطلوب و پاسخ های التهابی است استفاده می کنند. کائو و همکارانش گزارش دادند که ماکروفاژهای انسانی قابلیت اتصال به شبکه های ژل پایه پلی اتیلن گلیکول پیوندی با حوزه اتصال سلول RGDS را دارند. با وجود مشاهده مشخصه آرایش سلول های غول آسای جسم خارجی (FBGC) ناشی از پاسخ به جسم خارجی متناسب با جهت گیری ایستای نمایش داده شده RGD، اینترلوکین 4 (4-IL) سایتوکین تحریک آرایش FBGC در کاشتنی هم به وسیله سیستم رهایش که شرکت 4-IL را محدود م یکند و هم با تزریق پادتن مواد کلونال بر علیه 4-IL قابل کنترل است.
-سیستم عصبی محیطی و مرکزی (CNS)
بازسازی عصب یک نیاز ضروری در ضعف و آسیب های سیستم عصبی محیطی و مرکزی به شمار می رود. کاربرد بیومواد معمولاً برای بازسازی هدایت شده به منظور رشد دوجهتی مورد نیاز بوده در صورتیکه سلول های عصب اغلب به خصوصیات واسطه ای خاصی برای استفاده بر هدایت مصنوعی عصب نیازمندند. علاوه بر این زمانی که اعصاب محیطی نسبت به رشد مجدد هدایت بیشتری داشته باشند، نرون های CNS قادر به بازسازی فوری آسیب ایجاد شده نخواهند بود مگر اینکه در حضور سلول بینایی لامینای عصب محیطی یا بر سطحی مشابه این لامینای بینایی قرار دادشته باشند به طور مثال، فلوروپلیمرهایی که به طور معمول در آزمایشگاه در کاشتنی های مختلف به کار برده می شوند به عنوان یک ماده خنثی در CNS و در کل غیر چسبنده شناخته شده و با پپتبیدهای چسبنده- سلول IKVAN , YIGSR یا RGDS پیوند برقرار می کنند. این سطوح پیوندی به رشد آزمایشگاهی نرون های هیپو کامپال اولیه کمک کرده و نشان می دهند که سطوح اصلاح شده پپتید قابلیت انطباق با بر هم کنش های سلول عصب هیپوکامپال- لامینیس را دارند. مجموعه دیگری از تحقیقات بازسازی CNS نشان دادند که آستروسایت های قشر مخ موش توانایی رشد بر روی مواد بسیار آب گریز را داشته و می توانند یک ماتریس سلولی به طول پروتئین های مرتبط با غشاء سلول با قابلیت جذب بر سطوح چگالی و یا ساختار مناسب تشکیل دهند.
-سلول های پوستی و اندوترمال
شاید بتوان بیشترین تلاش فن آوری یکپارچه سازی مواد سلول را از جنبه بازارهای تجاری، تهیه مواد مصنوعی یا بیوهیبرید برای ترمیم جراحات پوستی دانست. کلاژن مهمترین جزء ECM به شمار رفته که به دلیل توانائی های شناخته شده در کمک به چسبندگی تکثیر تفکیک و جابجائی سلول به طور گسترده ای به اشکال مختلف در بیومواد به کار می رود.کلاژن خانواده ای شامل حداقل 15 پروتئین مجزا را با عملکرد متفاوت در بر می گیرد. هر نوع کلاژن دارای توزیع بافتی و عملکرد ویژه ای است. کلاژن نوع I شامل رشته های RGD و DGEA شناخته شده در بر هم کنش با انتگرین ها است. شکل 3-66 تعدادی از انواع سلول ها را نشان می دهد که به طور موثر در میان ماتریس های مختلف کلاژن چسبیده و حرکت می کنند . البته این چسبندگی و جابجائی به مولکولهای اضافی چسبنده سلول که شامل لیگاندهای سطح سلول برای اینتگرین ها است. بستگی دارد که به طور شماتیک در شکل 3-66 آورده شده است. کلاژن پپتوئید کلاژن تثبیت شده تقلیدی از مواد از واحدهای تکراری هلیکال Gly-Pro-Nleu تشکیل شده است که فعالیت پیوند سطح سلول را نشان می دهد. این پیوند توسط پپتید KDGEA که با اینتگرین بر هم کنش می کند ممانعت می شود. علاوه بر این جهت اصلاح مستقیم کلاژن به وسیله لیگاندهای RGD تحقیق دیگری صورت گرفت که در آن ماتریس های کلاژن- گلیکوزا مینو گلیکان به شکل کووالانسی توس یک پپتیدحاوی RGD جهت افزایش بر هم کنش سلول با کاشتنی های متشکل از این مواد اصلاح شدند. هر دو این اجزا ماتریس بیوپلیمر بخش هاای مهمی به شمار آمده که شبکه های فیبری تکامل یافته مولکولهای ECM موجود در غشاء زیرین (اصلی) و ECM غیر اکتسابی (مادرزادی) راشکل می دهند. سه نوع سلول مورد آزمایش قرار گرفتند، سلول های فیبروبلاست، کراتینو سایت ها، و اندوتلیال ها که همگی برای درمان جراحت اهمیت داشته و نشانگر افزایش چسبندگی ماتریس های اصلاح شده پپتیدی بر روی مواد کولاژن- GAS است. بدین ترتیب برهم کنش های بهبود یافته ماده- سلول در کلاژن واسطه ای از جانب جذب اینتگرین پایه سلولی رشته RGD در ماتریس به حساب می آیند.

-اسکلتی
کاشتنی های با ساختار استخوانی مختلفی در انواع متفاوت برای پرسازی فضا و جایگزین های ساختاری هم در زمینه های دندانی و هم پزشکی به کار برده می شوند. آلیاژهای تیتانیوم به دلیل استحکام و خصوصیات (فصل مشترک زیستی (Biointerface) مناسب با سلول های استخوان در بدن به کار برده می شوند. پوشش سطح میله های تیتانیوم به وسیله ماده شیمیایی طلا- تیول با رشته پپتیدی RGDC پوشیده شده و درون فمورموش کاشته شد. نتیجه به دست آمده حاکی از افزایش قابل ملاحظه آرایش (ساختار) استخوان در اطراف کاشتنی های تیتانیوم اصلاح شده پپتیدی نسبت به کاشتنی های اصلاح نشده بود. آلکین سیلان های قطع شده توسط پپتیدی RGD با استفاده از اکسیر طبیعی برای جفت سازی جهت افزایش چسبندگی سلول در آزمایشگاه به منظور اصلاح سطوح تیتانیم به کار برده می شوند. اکسید سیلیکون نیز توسط RGD- سیلان های مشابه اصلاح شده که نشانگر افزایش کنترل فضایی چسبندگی سلول است. بدین ترتیب حضور رشته RGDC می تواند سبب افزایش طولانی مدت یکپارچگی استخوان- فلز توسط انتگرین سلول استخوان واسط در پیوند با لیگاندهای پپتیدی بر سطوح کاشتنی شود.
-سطوح چسبنده سلول برای انواع مختلف سلولی
مثال های فراوانی از RGD و دیگر سطوح تثبیت شده لیگاند برای چسبندگی سلول گزارش شده اند. قابل پیش بینی است که چسبندگی بر سطوح غیر چسبنده در سرم که اکثراً هیدروژن ها (شکل 3-66) پلی لاکتیدها و پلیمرهای فلوردار و آب گریز هستند بروز می کند. به خصوص هیدروژن های متعدد طبیعی و مصنوعی پیوند زده شده با پپتیدهای RGD پلیمرهای آب گریز اصلاح شده با RGD شامل فلور و پلیمرها، پلی لاکتیدها (اکرون)و پلی پروپیلن- کو- فورمات می شوند . دیگر پلیمرهای اصلاح شده RGD به عنوان مقلدهای بیومواد چسبنده- سلول لیپوپپتیدهای نوع کولاژنی سهگانه مارپیچی و فیلم های نازک با مشتقات آلی یا با اتصالات بی شمار کوولانسی طراحی شده برای اصلاح سطح می شوند. فیلم های نازک پپتیدی تثبیت شده- RGD اص حاوی سیلان های عاملی برای سطوح اکسید فعال، فلزات (عام دار شده از طریق) توس تیول و سطوح پلیمری دارای پیوندهای سطحی هستند.
-چسبندگی سلول در سرم در مقایسه با شرایط عاری از سرم
چسبندگی، گسترش و مهار سلول برای بقا و رشد انواع سلول های غیر خونی امری ضروری است. چسبندگی تحت شرایط فیزیولوژیکی طبیعی یک دینامیک پیچیده سلول-سطح شیمی مکانیکی و محرک بیوشیمی مرتبط با خصوصیت گیرنده برای حلال و علائم موجود در بستر در حضور چندین پروتئین غیر خاص است. در کشت بافت سلول ها به طور معمول در محیط تغذیه ای ویژه تکمیل شده با 10% سرم کامل یافته که شامل بیشتر از 200 پروتئین و پپتید قابل حل است. تک لایه های یکپارچه کشت یافته سلول های چسبیده که به طور معمول در سطوح تجاری از قبیل پلی استایرن با درجه کشت بافت (TCPS: برای مثال، پلی استایرن کار شده توسط پلاسما گازی اکسیژن دار برای ایجاد سطوح اکسیده شده آب دوست تر) به کار برده می شوند. چنین سطح قابل مصرفی تحت عنوان استاندارد تجاری کشت سلول شناخته شده و سطح شیمیایی را فراهم می کند که مقادیر کافی پروتئین های ECM برگزیده (ردیابی) را از محیط حاوی مکمل سرم به منظور ارتقاء چسبندگی سلول ج ذب می کند اکثر انواع سلول های وابسته به چسبندگی بر سطوح TCPS رونشین شده پروتئین- سرم چسبیده و تکثیر می شوند. از آنجا که این عمل یک روش نسبتاً ساده و عمومی در چسباندن سلول ها به سطوح است، یک نوع چسبندگی واسطه غیر خالص به شمار می آید زیرا که محیط رم حاوی مقادیر کم فاکتورهای چسبندگی پروتئینی بسیار مختلف مانند فیبرینوژن، کلاژن و نیروکتین و همچنین مقادیر فراوانی از پروتئین های قابل حل دیگر از جمله آلبومین و ایمیونوگلوبین ها است که از چسبندگی سلول بر سطوح جلوگیری می کند.
لذا بسترهای مناسب در افزایش چسبندگی سلول در محیط فیزیولوژیکی آن دسته ای هستند که شیمی سطح آنها تسهیل کننده جذب مقادیر کافی پروتئین های ECM در حضور تقابل پروتئین های غیر چسبنده سلولی (از قبیل آلبومین) است. از آنجا که توصیف شیمی سطح که گزینش ECM را فراهم می کند از تحلیل های تجربی به صورت سعی و خطا بر روی مواد ناشی می شود طرح فعلی بهبود شیمی سطوح برای افزایش چسبندگی و تکثیر سلول با پروتئینهای ECM به مفاهیم بسیار ابتدایی تعادل آب دوستی- آب گریزی محدود می شود. بیوموادی که ذاتاً دارای خصوصیات چسبندگی سلول مطلوب نیستند (برای مثال پلی استایرن با درجه باکتریولوژی، پلی لاکتیدها، داکرون، پلی تترا فلورواتیلن (PTFE)، الاستومرهای سیلیکون) اغلب توسط گروههای قطبی اصلاح سطح می شوند تا الگوهای ته نشینی سرم پروتئین بهبود یافته و سبب افزایش جذب ECM و اصلاح پذیرش سول سطح گردد. تجهیزات پوشش ها و پیوندهای شیمیایی کاشتنی اصلاح شده توسط پلاسما اغلب توسط این بررسی ساده بدن شناخت مولکولی کافی از آنچه که سطوح مصنوعی واقعاً در محیط فیزیولوژیکی برای ایجاد این افزایش انجام می دهند، به کار گرفته میشوند . جذب یک طرفه اجزا مطلوب چسبنده ECM بر روی سطوح تقریباً مناسب (تقریباً بهینه) در اصطلاح چسبندگی سلول نیز توسط پیش پوشش دهی مستقیم این بسترها با اجزاء ECM قابل حصول است. مازاد ریز اجزاء فیبرونکتین، لامینین، وکلاژن پیش جذب شد به بسترها نشان دهنده بهبود چگالی سول چسبیده شده در تعدادی از بیومتریهای هم ساختار بود که استقلال آنها از شیمی سطح کمتر یا بیشتر بود. محصولات تجاری چسبندگی سلول (برای مثال، پرونکتین، بایوکوت و ماتریژل) غنی از بخش های شبه ECM محلول یا اجزاء تقلیدی یا پلیمرهایی است که ECM یا چسبندگی سلول را دقیقاً به همین منظور در سطوح افزایش می دهد (شکل 1-66).
بنابراین جذب مستقیم اجزاء قابل حل ECM می تواند به طور موفقیت آمیز جهت تسهیل و راهنمایی چسبندگی سلول به کار می رود. تقلید از ته نشینی سطح ECM برای الگوبرداری چسبندگی سلول جابجایی جهت دار و تکثیر فضایی بر سطوح بر اساس اصول شیمی سطح جهت گزینش فضایی چسبندگی سلول یا رونشینی غیر چسبنده پروتئین استفاده می شود. گزینه های شامل کنترل جهت دارتر فضایی سطح دو بعدی یا سه بعدی با استفاده از الگوهای شیمیایی لیتوگراف شده شیمی غیر رونشینی (برای مثال دکستران یا زنجیرها یا ژل های پیوندی پلی اتیلن گلیکول) ترکیب شده با مواد شیمیایی قطبی تثبیت شده به منظور ارتقاء ته نشینی پروتئین ECM یا لیگاندهای پذیرنده سلولی دیگر شناخته می شوند. با این وجود چسبندگی تسهیل شده سلول به شکل غیر فعال رونشینی سطح پروتئین سرم تحت شرایط فیزیولوژیکی در محیط شبه پروتئین که در آن پروتئین های غیر چسبند سلول کوچک تر (برای مثال، آلبومین، Kda16 ، mg/m2l40 در سرم) به طور طبیعی به پروتئین های بزرگ ECM سطح متمایل می شوند (برای مثال فیبرونکتین Kda 450، Ng/ml300 در سرم) مشکل ساز خواهد بود. دانش فعلی شناسائی سطح که قابلیت گزینش پیوند مطلوب پروتئین های حلال از سرم در سطوح با چگالی کافی و ساختارهای زنده شناخته شده گیرنده محدود می شود. علاوه بر این کشت بر پایه سرم نسبت به زمان و دما حساس بوده وگران می باشد و دارای پتانسیل حمل ویروس ها، پریون ها و پاتوژن ها بوده و بنابراین به عنوان یک مکمل مطلوب محیط در افزایش چسبندگی سلول به حساب می آید. تثبیت مستقیم فاکتورهای چسبندگی سلول کمینه شده مورد نیاز دارای مزایایی است.
بدین ترتیب، بر هم کنش های مناسب ویژه سلولها و پروتئین های جذب شده سطح، پروتئین های ECM تک- سرم (برای مثال، کلاژن یا فیبرونکتین) یا رشته چسبنده پپتیدی مانند RGD تثبیت شده تا شرایط کشت سلولی آزمایشگاهی کنترل شده تری به دست آید. در مورد پپتیدهای RGD چسبندگی سلول به سطوح به بیشترین مقدار خود می رسد. روش های دیگر بخصوص طراحی یک پروتئین "تسخیر سطح" برای باند کردن سلول ها به سطوح حتی بدون وجود گیرنده انتگرین نیز وجود دارد. برای مثال میتوان سلول ها را با استفاده از پادتن های تک کولونی رونشین شده در سطوح جهت مخالف پروتئین های غشاء سلول یا با استفاده از ماده شیمیایی بیوتین- (استرپ) از طریق جذب آویدین بر سطوح و چسباندن سلول های اندوتلیال بیوتین شده به این سطوح به دام انداخت. آخرین شیوه بیان شده از بر هم کنش جذب دو طرفه بالا (M Kd ) بین آویدین و بیوتین و تشکیل یک پیوند غیر کووالانسی که توسط سخت ترین PH ها حلال های آلی و دیگر شناساگرهای تغییر دهنده ماهیت تاثیر نمی پذیرند، بهره می برد. تثبیت مستقیم سلول بیوشیمیایی یا شیمیایی در سطوح به منظور دستیابی به چسبندگی سبب حذف برهم کنش های سلول گیرنده- سطح "طبیعی" می شود. هنوز هم وقایع گذار سیگنال واسطه انتگرین مورد نیاز برای فنوتیپیک، تکثیر و احتمالاً رخدادهای ضروری دیگر به همین شکل حذف می شوند. چنین روشهایی به مطالعات بیشتر جهت ارزیابی ارزش آنها در تجهیزات بیومواد سلول طولانی مدت و مهندسی بافت نیازمندند.
-قراردادهای تجربی برای دستیابی به بر هم کنش های سلول- سطح
جهت هدف گیری سلول ها به سطوح خاص بیومواد تهیه مواد جدید اصلاح شده که نه تنها از تحریک پاسخ های ایمنی مختلف جلوگیری می کنند بلکه سبب تسهیل جذب انتخابی یا چسبندگی کووالانسی مولکلول های بیولوژیکی شامل پروتئین ها، پپتیدها، الیگوساکاریدها یا لیپیدهایی که به چسبندگی سلول کمک کرده و تکثیر و رشد سلول را تحریک می کنند، می شوند. اغلب انواع سلول پستانداران برای شناسائی این لیگاندها از انتگرین ها استفاده می کنند، چسبندگی پروتئین های ECM یا رشته های کمینه پپتیدی متصل به سلول سبب تسهیل چسبندگی اکثر انواع سلول به سطح بیومواد می شود. هر چند راحت ترین مسیر برای دستیابی به این امر رونشینی سطح است. مشکلات این روش (از دست رفتن ساختار سه بعدی پروتئین، فقدان تشخیص یا حضور محرک پیوند سلول و چگالی ناکافی ECM در دسترس برای پذیرش انتگرین و پیوند) اغلب از چسبندگی موثر سلول- سطح جلوگیری می کنند. اتصال کووالانسی پپتیدهای شبکه ECM به بیومواد ارائه حداقل رشته آمینو اسید شناخته شده جهت حمایت از چسبندگی سلول به طور جهت دارتری در الگوهای فضایی و چگالی کنترل می شوند. علاوه بر این پپتیدهای تولید شده به شکل مصنوعی به طور کلی نسبت به PH گرما ذخیره سازی و نوسانات خشک سازی در کاربردهای بیوتکنولوژی نسبت به سرم با وزن مولکولی بالا یا پروتئین های ECM پایدارترند. روش های بسیاری وجود دارند که YIGSR, IKVAV, RGD و محرک هایی که در اینجا کمتر بررسی شده اند را به انواع مختلف بیومواد متصل می سازند. طرح این سطوح می تواند شامل الگوهایی باشد که رشد سلول را در مناطق خاصی از این سطوح منظم می سازد. برخی از مثالهای پپتیدهایی که به شکل کووالانسی به مواد متصل می شود عبارتند از، شیشه کوارتز، PVA، پلی اورتان ها، پلیمرهای مصنوعی دیگر ، پلی استایرن و فیلم های پلی ترفتالات، متا اکریلات، PEG، اکریلیک اسید، هیدروژن دکستران، سیلیکون، پلیمرهای پیش پیوندی، الاستین، کلاژن، هیدروژن های الجینات (یا آلرژینات) و آگاروز.
روش های دیگر نیز موادی از این نوع را مورد استفاده قرار می دهند، اما با رونشینی ساده پروتئین ها یا پپتیدها به ماده سبب چسبندگی مستقیم سلول ها به ماده می گردند. مثال های متعدد (و روش های ذکر شده در اینجا) عبارتند از: 1) سطوح جامد (تیتانیوم، دی اکسید تیتانیوم، کربید تیتانیوم، طلا، فولاد زنگ نزن و فسفات کلسیم)، 2) ماتریس های پلیمر، (پلیمرهای حاوی فلورین، کوپلیمرهای پلی لاکتید زیست تخریب پذیر، کوپلیمر اتیلن ونیل استات، پلی استایرن، پلی پروپلین، پلی اورتان و کوپلیمرهای دکستران، متاکریلات 3) فیلم های نازک آلی (پوشش های پلیمر، آلکیل سیلان ها، آلکاتیتول های ختم شده با گروههای عاملی مختلف و پلی اتیلن اکسیژنات ها، پلی اکریلات ها و پلی اکریلامیدها، کلاژن داربست های پیوندی PEG ، فیبرین، اسید هیالورونیک (HA) مواد اصلاح شده. رونشینی پروتئین بر سطوح این مواد به منظور ارتقاء ذیل جهت غوطه ور سازی ساده این بسترهای تمیز (پاک) در محیط پروتئینی صورت گیرد.
1-پیش رونشینی با محلول های ECM تک جزء (فیبرونکتین، کلاژن I) همراه با آزمون های چسبندگی سلول یا پنهان سازی (ماسک) آلبومین. از آنجا که تک رونشینی ECM مستقل از شیمی سطح توسط تقسیم مناسب چگالی ECM و ساختار بر چسبندگی سلول تاثیر می گذارد، الگوبرداری ته نشینی ECM کنترل فضایی چسبندگی سلول را فراهم می کند.
متناوباً الگوهای شیمی غیر رونشینی سطح (برای مثال PEG) را می توان با محلول های ECM تک جزء جهت الگوبرداری چسبندگی (ته نشینی کامل یا بدون ته نشینی) مورد استفاده قرار دارد. شیمی سطح مقاوم در برابر پروتئین قادر به جمع کردن نواحی دیگر با پروتئین های ECM از محلول های تک جزء باندی می شوند.
2- گزینش رقابتی ته نشینی پروتئین از محلول های چند جزئی (برای مثال، سرم) شیمی سطح (مانند TCPS) با توانایی مشخص در حفظ چگالی فیبرونکتین (یا پروتئین ECM) سطح، ساختار و بازشناسی انتگرین در زمان رونشنی از مایع سرم می تواند برای افزایسش چسبندگی سلول چندین ساعت در معرض محیط هایی قرار گیرد. (شرایط استاندارد کشت سلول). سطوح الگوبرداری شده که از نواحی مجزا شیمی سطح گزینشی ECM یا شیمی شناخته شده دیگر جهت افزایش رونشینی پروتئین های غیر چسبنده به سلول (برای مثال، آلبومین) استفاده می کنند. به طور طبیعی با بهره گیری از پیوند متمایز کننده پروتئین سرم (بر سطوح فلورینات) آلکیلات) اجازه الگوبرداری سلول را می دهند.
تعدادی از قراردادهای بیولوژیکی مولکولی و بیوشیمیایی نیز می توانند جهت بررسی پپتید تثبیت شده (یا مولکول بیولوژیکی منتخب) بر روی بیومواد و سپس چسبندگی، تکثیر و رشد سلول های تحت حمایت این سطوح اصلاح شده اعمال گردند. طرح مختصری از برخی روشهای متداول از ذیل آمده است:
-آزمون های جاذب ایمنی با اتصال آنزیمی
تحقیقات بیولوژیکی سراسری متداول، ELISA از خصوصیات پادتن ها در مقابل یک آنتی ژن خاص مورد نظر استفاده می کنند. شناساگرها بسیار متنوع بوده و توسط بسیاری از سازندگان تجاری به عنوان مرجع در ساختارهای متعدد و طرح شناسائی در نظر گرفته می شوند. بدین ترتیب آزمایشات بی شماری را می توان در مقیاس بسیار کوچک انجام داد. (یک صفحه ELISA معمولی شامل 96 حفره است که مطابق با 96 آزمون بالقوه می باشد هر حفره دارای حجم nll300-200 متناسب با صفحه خاص ELISA است). سنجش پروتئین ها- پپتیدها، لیپیدها، الیگو ساکاریدها، و همچنینی پیوندهای کووالانسی یا رونشین شده بر سطوح نیز توسط آزمایشات ELISA به شکل هدایت مستقیم پادتن ها در برابر این مولکول ها که توسط پادتن اضافی ثانویه بانشان آنزیم که در هنگام اضافه نمودن بستر در مرحله پیشرفت یک محصول کلرومتری (رنگین) ایجاد می نماید، انجام می گیرد. یک بازخوان صفحه ELISA میزان جذب نور را از هر حفره تعیین کرده و بدین ترتیب مقدار نسبی ماده اولیه پیوند شده با صفحه را می سنجد. از آنجا که پادتن ها نیز همانند گیرنده ها قابلیت شناخت ساختار پادن را داشته و از فاز محلول سنجیده می شوند، ELISA ها می توانند داده هایی بر مبنای بخش های "قابل شناسائی" پروتئینهای رونشین شده که توسط آزمایشات بسیار دقیق برچسب گذاری رادیویی قابل تشخیص نیستند، فراهم کنند.

-تحلیل ها و شمارش سلولی
چسنبدگی سلول- سطح را می توان مستقیماً از طریق میکروسکوپی تضاد فاز و تعدا سلول سنجیده شده با حذف سلول ها از سطوح ظروف یا فلاسک های کشت سلول که از تریپسین استفاده می کنند خراشنده استریل سلول یا دمای پائین به همراه شمارش سلول ها با گویچه شمار (دستگاه شمارنده سلول) یا دستگاهی مانند کوپلیمر کانتر ذرات و تحلیل گر اندازه سلول یا تجهیزات دیگر مانند کویچه شمار شمارشی، شمارشگر تجاری سلول بر پایه لیزر مشاهده کرد. نشانه گذارهای فلورسانس چه آنهایی که توسط سلول ها اند و سایتوز شده و چه آن دسته چسبیده به پادتن خاص سلول به سادگی در دسترس بوده و از آنها می توان به منظور افزایش حساسیت و تشخیص حیات سلول استفاده کرد.
-آزمون میتوژنی
زیست (vitability) سلول از طریق تعدادی از روشهای خاص که به نوع سلول خاص مورد نظر بستگی پیدا می کند قابل کنترل است. آزمون میتوژنی یک روش اندازه گیری تکثیر سلول بر اساس تحریک سلولی از طریق فاکتور میتوژنی مانند فاکتور رشد یک پادتن، یا یک مولکول مصنوعی است. فعالیت سلول از طریق تلفیق نوکلوئوتید نشانه دار رادیویی در DNA سلولی تعیین می شود. در این آزمون جذب متابولیک (H3) تیمیدین یک فرایند ساده است که تنها به اضافه کردن پایه نشانه دار به محیط رشد سلولی و نگهداری به مدت 72-48 ساعت در دمای C0 37 که بعد از آن مقدار فعالیت دارویی با استفاده از شمارشگر جرقه ای تعیین می گردد، نیاز دارد. سلول های تکثیر کننده فعال، نسبت به سلول هایی که به آرامی تکثیر می شوند و یا هرگز نمی شوند، ((H3) تیمیدین بیشتری به درون DNA مجتمع می سازند.
-برچسب گذاری ایمنی فلورسانس
بازسازماندهی اسکلت سلولی درون یک سلول که به یک سطح چسبیده است یکی از وقایعی است که در هنگام گسترش (تقسیم) سلول ها بعد از چسبندگی بر سطح رخ می دهد. میکروسکوپی ایمنی فلورسانس از پادتن های برچسب گذاری شده فلورسانتی جهت نشانه گذاری خاص، قابل دسترسی اجزاء سایتواسکتی یا اندامک های درون سلولی استفاده می کند، بدین ترتیب می توان محل قرارگیری یک پروتئین خاص مطلوب را در درون سلول مشخص کرد. برای مثال، شکل گیری چسبندگی های اصلی را می توان از طریق لکه گذاری اجزائی مانند پاکسیلین، آکتینین و یا ونیسولین با پادتن های برچسب گذاری شده ردیاب پروتئین های سایتو اسکلتی بررسی کرد.
-ژل پلی اکریلامید الکتروفورسیس (PAGE)، بلات های (لکه های) غربی و بلات های شمالی
سولفات دو دسیل سدیم (SDS)-PAGE و روش های لکه دار کردن ایمنی (لکه های غربی) را می توان جهت بررسی و روند تهیه پروتئین های مختلف اصلاح پروتئین (از قبیل فسفو ریلاسیون) یا نسخه پروتئین (تحلیل mTNA توسط لکه های شمالی) به کار برد
که به طور طبیعی توسط سلول ها در محیط فیزیولوژیکی تولید می شوند. سلول ها می توانند از سطح کشت زدوده شده و تخریب شوند، همچنین پروتئین ها قادر به خروج بوده و سپس به منظور تحلیل اندازه و همچنین برای شناسائی از طریق پادتن های ویژه پروتئین های مجاز (خاص) بر روی ژل های APGE حرکت می کنند. در مورد لکه های (بلات های) شمالی، mRNA از سیتومول ایزوله شده و جهت ایجاد پیوند هیدروژنی با رشد مورد نظر mRNA گیر افتاده در غشاء از یک پروب بی حسی استفاده می شود. و اکنش های بسپارش زنجیره ای تجاری متداول (PCR) نیز می توانند جهت تقویت مقادیر mRNA ایزوله شده به منظور افزایش حساسیت نسبت به تعداد کم سلول به کار برده شوند.
-آزمون های اضافی
آزمون های پویا را می توان برای بررسی رشد سلولی بلند مدت- کوتاه مدت به کار برد، رشد سلول های غیر عادی بر سطوح نامساعد با شناسائی نشانه گذاری فنوتیپی غیر عادی مانند فاکتورهای رشد شبه پروتئینی یا فاکتورهای نسخه برداری، یا پیام رسان های ثانویه سیتوسولی که در طول تغییر شکل بدخیم یا اپوپتوسیس نمایان می شوند، مشخص می گردد. البته روش های زیادی وجود دارند که توسط شرکت های بیوتکنولوژی به صورت تجیهزات تحلیل شناسائی ایزولاسیون تجاری پروتئین، پپتید، سلول، DNA به کار برده می شوند و در اینجا ذکر نشده اند بسیاری از این قراردادها به صورت شیوه های تقسیم بندی شده در فهرست منابع وجود دارند که به شکل های گوناگون مناسب به صورت ابزار تجاری در دسترس می باشند. (برای مثال پروپ ها سوراخ کننده های مولکولی، بیوتیک دارویی و کلونتیک ها، همگی دارای کاتالوگ هایی هستند که شامل محصولات و اطلاعات آزمایشگاهی مفیدی می باشند) همچنین این اشکال را می توان به صورت کتاب و کتابچه های راهنمای شیمی یا در منابع اینترنت یافت.
-پیشرفت های آینده
استراتژی های تثبیت زیستی به شکل سنتی بر پیوندهای شیمیایی متمرکز می شود که در طول چندین دهه به شک افزایشی تغییر یافته اند. بنابراین، در این قسمت در مورد شیمی فوق تمرکز کمی صورت گرفته است. علاوه بر این، کاندیدهای زیست فعال برگزیده شده برای پیوند سطح با کشف اهداف مولکولی و داروهای سلولی تکامل یافتند. بنابراین، انتظار می رود که پیشرفت های آینده دنباله روشهای سنتی باشد که در آن احتمالاً اصلاحات افزایشی در شیوه های پیوند شیمایی سطح نسبت به پیوند اهداف لیگاند کمتر مورد توجه قرار می گیرد. علاوه بر این بیولوژی مولکولی و شیوه های ژنومی، شتاب گیری دستاوردها، کمینه سازی و بهینه سازی مکرر و کاربرد لیگاندهای جدید را که عملکرد گیرنده های چسبنده خاص را نشان می دهند را تسهیل خواهد کرد. چالش هایی در کنترل غلظت سطح لیگاندهای تثبیت شده و ارائه لیگاند آمیخته با اهداف چندگانه وجود دارد که می تواند سبب همکاری یا تلفیق پاسخ سلول از طریق تجمع در تعلیق یا میزان شناخت گیرنده گردد.
چسنبدگی به معنای نحوه تماس بین دو سطح مخالف است. با توجه به جهت گیری های اخیر بر روی یک گیرنده (انتگرین) و لیگاندهای پیوندی متعدد بخصوص RGD یک شیوه جدیدتر که شامل اصلاح سطح سلول را برای تعدیل چسبندگی یاست ابداع شده است. ساده ترین برداشت می تواند کنترل دارویی یا ژنیک وضعیت گیرنده سطح سلل باشد که از دینامیک چگالی های گیرنده سلول با یک محرک حلال مصنوعی بهره می برد. یک استراتژی جذب دیگر، نتیجه کار مهیج و مکتشفانه بر توزی و همکارانش بود.که به طور مستقیم و ویژه شیمی گلیکوکالیکس سلول را جهت ایجاد گروههای عاملی برای اصلاحات ممکن سطح سلول تغییر دادند. این روش به آسانی می تواند از مواردی همانند جفت سازی مستقیم سلول ها بر سطح اضافه سازی مولکول های مصنوعی "شبه گیرنده" یا استفاده از لیگاندهای ECM که ارتباطات سطح سلول را تسهیل می کند، شامل شود. کنترل نامتقارن (برای مثال راس سلول، یا سطح بینایی) لیگاندها و گیرنده های مختلف که ارتباط انتخابی سلول- سلول یا سطح- سلول را گسترش می دهند می توانند یک زیر ساختار جهت کنترل ساختمان سه بعدی سلول برای معماری بافت تشکیل دهند.
در انتها باید ذکر شود که فیبرونکتین، لاستین، کلاژن و دیگر پروتئین های برون سلولی اولین مواد طبیعی برون تراوا به شکل حلال توسط سلول هستند که به صورت آنزیمی در درون ماتریسهای رشته ای غیر قابل حل در محل سطوح پیش رونشین معممولاً با برون دهی ساختار و رشته ای ناهمسانگر و رتبه بندی شده تولید می شود. تثبیت پپتید یا ساکارید جهت تولید این ساختار تولید شده یا تکامل یافته ماتریس ناموفق عمل می کند. زیرا ساختار فیبری اندوژنوس ECM اغلب با سلول های اسکلتی توزیع شده و چسبنده شده در پس فرایند ماتریس طبیعی هم راستا می شود که چنین هماهنگی در سیتسم های لیگاند پیوندی ممکن نیست. روش های چند برابر مسافری مصنوعی رشته های مولکولی لیگاندهای هم راستا شده نوع ECM، یا نمونه های لیگاندهای با قدرت تفکیک خطی با فضای بین گیرنده های سلول منطبق می شود که امکان ایجاد ساختار اسکلت سلولی و کنترل گزینشی رفتارهای متفاوت تکثیری- سیگنالی سلول را تسهیل می کند.
-علائم اختصاری
EDC: اتیل-3- (3- تری متیل آمینو پروپیل) کاربردی ایمید هیدروکلراید
DGEA: اسپرتیک اسید- گلیسین- گلوتامیک اسید- آلانین
EBGC: سلول غول پیکر خارجی
IKVAV: ایزولوسین- لیسیس- والین- آلانین- والین
KRSR: لیسین- آرژنین- سرین- آرژنین
NHS: N- هیدروکسی سوکسین ایمید
REDV: آرژنین- گلوتامیک اسید- اسپارتیک اسید- والین
RGD: آرژنین- گلیسین- آسپارتیک اسید
RGDE: آرژنین- گلیسین- آسپارتیک اسید- سیستئین
RGDS:
SDS- PAGE:
TEPS:
YIGSR: