یک گام دیگر به چاپ اعضای بدن نزدیکتر شدیم!

ساختني/ محققان دانشگاه واشنگتن و دانشگاه رايس موفق به طراحي تکنيک زيست چاپ جديدي شدند که يکي از موانع مهم در مسير چاپ سه بعدي اندام‌هاي جايگزين را مرتفع مي‌کند. اين اختراع امکان ساخت شبکه‌هاي عروقي به شدن پيچيده‌اي را فراهم مي‌کند که شبيه گذرگاه‌هاي طبيعي خون، هوا، لنفاوي و ساير مايعات حياتي بدن انسان عمل مي‌کنند. اين گروه تحقيقاتي ضمن طراحي اين تکنيک، يک مدل اثبات مفهوم هم ارائه کرده‌اند. مدل هيدروژلي کيسه هوايي مقلد ريه که مسيرهاي هوايي آن، اکسيژن را به رگ‌هاي خوني اطرافش مي‌رسانند. آزمايش جالب‌تر آنها هم کاشت ساختارهاي زيست چاپي شامل سلول‌هاي کبد در بدن موش است. جوردن ميلر استاديار مهندسي زيستي در دانشگاه رايس و يکي از اعضاي گروه تحقيقاتي است. اين دانشمند درباره اهميت چنين تکنيک‌هايي در حوزه زيست چاپ مي‌گويد: «يکي از بزرگترين موانع توليد بافت‌هاي کاربردي جايگزين، ناتواني ما در چاپ عروق پيچيده‌اي بوده که مواد مغذي را به بافت‌هاي متراکم مي‌رسانند. ضمن اينکه اندام‌هاي ما حاوي شبکه‌هاي عروقي مستقل هستند؛ نظير مسيرهاي هوايي و رگ‌هاي خوني ريه يا مجراي صفراوي و رگ‌هاي خوني در کبد. اين شبکه‌هاي مرکب به صورت فيزيکي و بيوشيميايي در هم تنيده‌اند و ساختار آنها مستقيما به کاربرد بافت برمي‌گردد. تکنيک ما اولين تکنيک زيست چاپ است که پاسخي ساده و همه‌جانبه براي چالش عروق‌زايي چندگانه ارائه کرده است.» قدمت اين مشکل در حوزه مهندسي بافت‌هاي بدن به يک نسل مي‌رسد. اما حالا با اين تکنيک جديد نه تنها اين چالش حل شده بلکه سوال‌ها و دريچه‌هاي جديدي در اين مسير گشوده شده است. حالا مي‌توانيم بپرسيم اگر مي‌توان بافت‌هايي شبيه بافت‌هاي سالم در بدنمان چاپ کرد، آيا رفتار عملي اين بافت‌هاي چاپي هم شبيه بافت‌هاي بدن خواهد بود؟ اين سوال مهمي است چون کيفيت بافت زيست چاپي ميزان موفقيتش به عنوان يک روش درماني را مشخص مي‌کند. اندام‌هاي زيست چاپي هدف محققان از چاپ اندام‌هاي سالم و کارا، نياز انسان‌ها به پيوند عضو است. فقط در ايالات متحده بيش از ۱۰۰هزار نفر در ليست‌هاي انتظار پيوند عضو قرار دارند و آنهايي که بالاخره عضو دريافت مي‌کنند، بايد همه عمرشان داروهاي سرکوب‌کننده سيستم ايمني مصرف کنند تا بدنشان عضو اهدايي را پس نزند. در دهه‌هاي گذشته، زيست چاپ توجهات زيادي را جلب کرده چون به لحاظ نظري امکان چاپ اندام‌هاي جايگزين از سلول‌هاي خود بيمار را به پزشکان مي‌دهد و از اين طريق هر دو مشکل را برطرف مي‌کند. روزي را تصور کنيد که يک منبع آماده از اندام‌هاي کارا، جان ميليون‌ها انسان در سرتاسر جهان را نجات بدهد. پروفسور ميلر انتظار دارد زيست چاپ در دو دهه آينده به يکي از اجزاي اساسي پزشکي تبديل بشود. در بين تمام اندام‌هايي که با اين تکنيک مي‌توان آنها را چاپ کرد، کبد جالبتر است چون در عين ناباوري ۵۰۰ عملکرد دارد و از اين لحاظ فقط مغز از آن برتر است. پيچيدگي کبد به اين معناست که در حال حاضر هيچ دستگاه يا درماني وجود ندارد که بتواند در صورت بروز مشکل جايش را بگيرد. شايد روزي اندام‌هاي انساني زيست چاپي، اين درمان را فراهم کنند. تيم تحقيقاتي براي حل اين چالش، يک تکنولوژي زيست چاپ منبع باز تحت عنوان «جهاز استريوليتوگرافي براي مهندسي بافت» يا SLATE ساخته است. اين سيستم از توليد افزايشي براي ساخت هيدروژل‌هاي نرم به صورت لايه لايه استفاده مي‌کند. لايه‎ها با مايع پيش هيدروژل چاپ مي‌شوند که وقتي در معرض نور آبي قرار بگيرد، سخت مي‌شود. يک پروژکتور پردازش نور ديجيتال از زير به هيدروژل نور مي‌تاباند و برش‌هاي متوالي و دوبعدي ساختار را با رزلوشن بالا و سايز پيکسل ۱۰ تا ۱۵ ميکرون نمايش مي‌دهد. وقتي لايه‌ها به نوبت سخت شدند، يک بازوي هوايي ژل سه بعدي در حال رشد را آنقدر بلند مي‌کند که مايع در معرض تصوير بعدي پروژکتور قرار بگيرد. يکي از کليدهاي موفقيت اين تکنيک اضافه کردن رنگ غذايي است که نور آبي را جذب مي‌کند. اين جاذب‌هاي نوري، سفت‌سازي را به لايه‌اي بسيار ظريف محدود مي‌کنند. به اين ترتيب سيستم مي‌تواند در عرض يک دقيقه ژل‌هاي بيولوژيکي بر پايه آب بسيار نرم با ساختار داخلي فوق پيچيده توليد کند. ريه‌هايي که نفس مي‌کشند! آزمايش ساختارهاي مقلد ريه‌ توليد شده با اين تکنيک زيست چاپ نشان داد بافت‌ها آنقدر محکم هستند که در حين جريان خون و تنفس تپنده منفجر نشوند. منظور از تنفس تپنده ورود و خروج هواي ريتميکي است که فشار و تناوب تنفس انسان را شبيه‌سازي مي‌کند. آزمايش‌ها نشان داد سلول‌هاي قرمز خون مي‌توانند در حين عبور از شبکه‌هاي رگ‌هاي خوني پيرامون کيسه هوايي نفس‌کشنده، اکسيژن جذب کنند. اين حرکت اکسيژن مشابه تبادل گازي است که در کيسه‌هاي هوايي حفره‌دار ريه رخ مي‌دهد. توليد بافت‌هاي زنده به کمک زيست چاپ تيم تحقيقاتي براي آزمايش ايمپلنت‌هاي درماني بيماري‌هاي کبد (بافت‎هاي چاپ شده توسط خودشان)، سلول‌هاي بنيادي کبد را به بافت‌ها اضافه کردند و آنها را در بدن موش کاشتند. اين بافت محفظه‌هاي جداگانه براي رگ‌هاي خوني و سلول‌هاي کبد داشت و محققان آن را در بدن موش مبتلا به بيماري مزمن کبد قرار دادند. نتايج آزمايش نشان داد سلول‌هاي کبد بعد از کاشت هم زنده مانده‌اند. اين سيستم زيست چاپ جديد مي‌تواند ويژگي‌هاي داخل عضلاني هم توليد کند؛ مثلا سوپاپ‌هاي بيکوسپيد که امکان جريان مانع تنها در يک جهت را فراهم مي‌کنند. سوپاپ‌هاي داخل عضلاني در قلب، رگ‌هاي پا و شبکه‌هاي مکمل بدن انسان مثل سيستم لنفاوي که پمپي براي هدايت جريان ندارند، وجود دارد. اين سيستم جديد با ترکيب ساختار داخل عضلاني و چند عروقي، استقلال مهندسي بافت زنده را به طرز چشمگيري افزايش داده است. حالا محققان آزادي عمل مورد نياز براي ساخت بسياري از ساختارهاي پيچيده بدن انسان را دارند. داده‌هاي منبع باز سيستم زيست چاپ گروه تحقيقاتي جنبه تجاري اين تکنيک و دستاوردهايش را از طريق يک شرکت استارت‌آپي به نام Volumetric در بوستون پيش مي‎برند. اين استارت‌آپ در زمينه طراحي و توليد زيست‌ چاپگر و جوهر زيستي فعاليت مي‌کند. تمام داده‌هاي منبع به کار رفته در آزمايشات به صورت رايگان منتشر شده است. اين داده‌ها شامل تمام فايل‌هاي چاپ سه بعدي مورد نياز براي ساخت جهاز چاپ استريوليتوگرافي و فايل چاپ تمام هيدروژل‌هاي به کار رفته در آزمايش نيز مي‌باشند. تيم تحقيقاتي همچنان در تلاش است تا با اين تکنيک زيست چاپ ، بافت‌ها و ساختارهاي پيچيده‌تري توليد کند. اين دستاورد آنقدر راهگشاست که نه تنها مي‌تواند روياي پيوند اعضاي چاپي را محقق کند بلکه شناخت ما از معماري و ساختار بدن انسان را دگرگون خواهد کرد. ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد