به گزارش پایگاه اطلاع‌رسانی بنیان، چاپ زیستی روشی برای ساخت بافت‌های زنده از طریق چاپ سه‌بعدی سلول‌هاست. در روش چاپ زیستی سرمایی یا کرایوبیوپرینتینگ (Cryobioprinting)، جوهری از سلول‎‌ها به شکل لایه به لایه، برای تشکیل ساختارهایی با سطح کاملا ًجدید و منجمد به کار برده می‌شود. جوهرهای زیستی موادی هستند که محیط خارج سلولی توسط آنها شبیه‌سازی می‌شود. همچنین جوهرهای زیستی به چسبیدن، تکثیر و تمایز سلول‌های زنده کمک می‌کنند.

 تیم ژانگ، در آزمایشگاه ژانگ بیمارستان زنان و بریگهام (BWH) با همکاری مدرسه پزشکی هاروارد (Harvard Medical School)،  ترکیب چاپ زیستی سه‌بعدی با روش‌های نگهدارنده سرما را به کار گرفتند تا بافت‌هایی را ایجاد کنند که ‌بتوان این بافت‌ها را در دمای منفی ۱۹۶ درجه سانتی‌گراد نگه داشت و سپس در صورت نیاز، در عرض چند دقیقه، آنها را برای استفاده فوری گرم کرد. این تیم در مقاله‌ای که اخیراً در ژورنال Matter منتشر شده است، چاپ کرایوبیوپرینتینگ را معرفی کرده و همچنین در مقاله‌ای که به تازگی در ژورنال Advanced Materials منتشر شده است، نحوه به ‌کارگیری این فناوری را در مهندسی بافت عضلانی توضیح داده‌اند.

استفاده از چاپ‌زیستی سه‌بعدی برای ایجاد بافت مصنوعی انسان، نخستین بار حدود بیست سال پیش ظاهر شد. در مورد چاپ زیستی معمولی، اساساً هیچ ماندگاری وجود ندارد؛ اندام‌های تولید شده با این روش، فقط چاپ می‌شوند و سپس مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما در روش کرایوبیوپرینتینگ می‌توان اندام را چاپ کرد و تا زمان مورد نظر در حالت یخ‌زده نگه داشت .در این فناوری، مانند چاپ سه‌بعدی معمولی، جوهر لایه به لایه و از طریق یک نازل، روی قالب از پیش تعیین‌شده قرار می‌گیرد. در چاپ زیستی، جوهر معمولاً از چارچوبی شبیه به ژلاتین تشکیل می‌شود. کرایوبیوپرینتینگ به همین صورت عمل می‌کند، با این تفاوت که چاپ مستقیماً روی یک صفحه سرد انجام می‌گیرد که در دمای تا منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شود. بافت‌ها پس از چاپ، برای نگهداری بلندمدت بلافاصله تحت شرایط برودتی قرار می‌گیرند و به فریزر منتقل می‌شوند. چاپ در دماهای پایین، این مزیت را دارد که به کمک آن می‌توان شکل‌های پیچیده‌تری نسبت به روش‌های چاپ زیستی سنتی ایجاد کرد. کرایوبیوپرینتینگ در واقع می‌تواند به بافت چاپ شده‌ی زیستی عمر مفید طولانی‌تری بدهد. محققان با این روش ذخیره‌سازی انجمادی را به مدت سه ماه نشان دادند، اما ممکن است این زمان ذخیره‌سازی بسیار طولانی‌تر باشد؛ و ممکن است دارای تنوع کاربردی منحصربه‌فردی باشد، به طوریکه این تکنیک موسوم به "چاپگر انجمادی سه بعدی عمودی"، کاربرد گسترده‌ای در مهندسی بافت، پزشکی بازساختی، کشف دارو و درمان‌های شخصی‌سازی شده (منحصر به شخص) داشته باشد.

شرایک ژانگ پژوهشگر ارشد این پروژه و همکارانش برای چاپ ساختارهای بافتی بر روی یک صفحه انجمادی، از جوهر زیستی محافظت شده در سرما و مملو از سلول‌ استفاده کردند. صفحه انجماد به آنها این امکان را می‌داد که در طول فرآیند کرایوبیوپرینتینگ به طور دقیق دما را کنترل و تثبیت کنند. این ساختارهای چاپ شده بلافاصله در یک مخزن نیتروژن مایع برای استفاده بعدی نگهداری می‌گردند. تیم ژانگ این تکنیک را بهینه و ارزیابی کرد و دریافت که می‌تواند ساختارهای بافتی بسازد که به طور بالقوه می‌توانند به عنوان ایمپلنت و یا محصولات بافتی مورد استفاده قرار گیرند.

در ژورنال Advanced Materials، ژانگ و همکارانش در خصوص استفاده از جوهر زیستی محافظت شده در سرما برای ایجاد ساختارهای عمودی و سه بعدی که بافت‌های پیچیده، ظریف و ناهمسانگرد موجود در بدن انسان را شبیه‌سازی می‌کنند، گزارش می‌دهند. بسیاری از بافت‌های بدن، از جمله ماهیچه‌ها و نورون‌ها، ناهمسانگرد هستند، به این معنی که دارای خواصی هستند که در جهات مختلف، متفاوت می‌باشند. ساختارهایی که محققان ایجاد کردند نیز ناهمسانگرد بودند، با منافذ ریزمقیاسی که در جهت عمودی همتراز شده بودند. برای اثبات این مفهوم، تیم ژانگ یک واحد ماهیچه-تاندون را با استفاده از میوبلاست‌ها (سلول‌هایی که می‌توانند سلول‌های ماهیچه‌ای ایجاد کنند) و فیبروبلاست‌ها (سلول‌هایی که چارچوب‌های ساختاری در بافت همبند تولید می‌کنند) ساختند. این تیم همچنین یک واحد عضلانی-ریز عروقی نیز ساختند.

محققان خاطرنشان می‌کنند که این کار نشان‌دهنده نمایش‌ بسیار اولیه‌ای از توسعه فناوری است و هنوز هم قبل از استفاده در کاربردهای بالینی به اعتبارسنجی و آزمایش‌های گسترده نیاز دارد، اما دو مقاله انتشار یافته در این زمینه، نشان‌دهنده یک گام مهم رو به جلو می‌باشد.

ژانگ می‌گوید: از آنجایی که حوزه‌ی مهندسی بافت به سرعت در حال رشد است، این ساختارهای بافتی ساخته شده ممکن است کاربردهای فراوانی در مهندسی بافت عضلانی و فراتر از آن پیدا کنند. یکی از مهمترین کاربردهای چاپگرهای سه‌بعدی زیستی، امکان تولید بافت‌های مختلف انسان با نهایت سازگاری و شباهت با بافت اصلی است. محققان بر این باورند که توسعه و بهینه‌سازی بافت‌های تولید شده با چاپگرهای زیستی،‌ می‌تواند به معضل کمبود اعضای مورد نیاز برای پیوند پایان دهد.

پایان مطلب/

      Ref:

1. Ravanbakhsh, H., et al. (2021) Freeform cell-laden cryobioprinting for shelf-ready tissue fabrication and storage. Matter. doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.020.
2. https://www.news-medical.net/news/20211231/New-technique-combines-bioprinting-with-cryopreservation-to-construct-frozen-structures.aspx.