یادداشت
نگهداری سلول‌های چاپ شده زیستی در ژل‌های گرانوله
محققان از پیچیدگی چاپ سلول‌های زنده در بافت‌های کاربردی می‌گویند و اینکه با هر نوآوری تکنولوژیکی چالش‌های بیشتری ارائه می‌شود.
امتیاز:
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، چاپ سلول‌های زنده، به نام چاپ زیستی، یک تکنیک امیدوارکننده برای ایجاد بافت‌های عملکردی ساخته شده از سلول‌های بنیادی است. با این حال، پیوند این فناوری پیچیده با سلول‌های حساس یک چالش بزرگ است. اگر می‌خواهید سلول‌ها را پرینت زیستی کنید، باید آنها را نازک کرد تا در محصول نهایی زنده بمانند و رشد کنند. و اگر قرار است یک بافت عملکردی تشکیل دهند، باید بتوانند رشد کنند، حرکت کنند و با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
بافت‌های زنده عملکرد خود را عمدتاً مدیون معماری پیچیده خود هستند. نشانه‌های توپوگرافی و هندسی ارائه شده توسط محیط خارج سلولی، همراه با توزیع مکانی دقیق مورفوژن‌ها و سیگنال‌های بیوشیمیایی، به خوبی به عنوان عوامل تعیین کننده اصلی سرنوشت سلول در شرایط آزمایشگاهی و درون بدن شناخته می‌شوند. ثبت چنین عملکردی از نحوه ارتباط درون بیومواد مهندسی شده پتانسیل زیادی برای ایجاد ایمپلنت‌های جدید سلولی دارد که می‌توانند پتانسیل بازسازی سلول‌های تعبیه‌شده را پس از پیوند نشان دهند. فناوری‌های بیوفبریکاسیون ابزارهای قدرتمندی برای شکل‌دهی به معماری و هدایت عملکرد ساختارهای بافت پیچیده هستند و نوید انقلابی در تحقیقات زیست‌پزشکی و پزشکی احیا می‌کنند. از طریق روش‌های چاپ زیستی و مونتاژ زیستی، کنترل دقیق بر سازماندهی فضایی انواع سلول‌ها و مواد زیستی متعدد از طریق فرآیندهای الگوبرداری خودکار سه‌بعدی (3D) امکان‌پذیر است. در همین راستا بر استفاده از مواد زیستی تکیه می‌شود،زیرا محیطی مجاز برای خودسازماندهی سلولی و ارتباطات بین سلولی فراهم می‌کند
چاپ زیستی سه بعدی
چاپ زیستی سه بعدی یک فناوری به کمک رایانه است که موقعیت مکانی مواد زیستی، فاکتورهای رشد و سلول‌های زنده را دقیقاً کنترل می‌کند و امکان بی سابقه ای را برای پر کردن شکاف بین ساختارهای بافتی تقلید ساختاری و بافت‌ها یا ارگانوئیدهای عملکردی ارائه می‌دهد. در این کار بر روی جوهرهای زیستی متنوعی تمرکز می‌کنند که در پیشرفت‌های اخیر بیوفبریکاسیون و چاپ زیستی سه‌بعدی معماری‌های بافتی مختلف از جمله عروق خونی، استخوان، غضروف، پوست، قلب، کبد و سیستم‌های عصبی استفاده می‌شوند.
مزایا و معایب راهبردهای مختلف چاپ زیستی
راهبردهای چاپ مختلفی برای حل این مشکل امتحان شده است و همگی مزایا و معایب خود را دارند. در چاپ اکستروژن سه بعدی، سلول‌ها را می‌توان در انواع مختلف و با تعداد بالا رسوب داد، اما این فرآیند بسیار طولانی است، باعث ایجاد استرس مکانیکی به سلول‌ها می‌شود و وابسته به گرانش است که همگی برای بقا و عملکرد سلول‌ها مضر است. با چاپ زیستی حجمی سریع، سرعت و گرانش حل شده است، اما در اینجا چالش این است که سلول‌ها به صورت تصادفی در رزین و در تعداد کمتری توزیع می‌شوند و چون چاپ نهایی از رزین جامد تشکیل شده است، سلول‌ها نمی‌توانند به درستی کار کنند و باهم ارتباط برقرار کنند.
رزین‌های دانه‌ای
برای حل این مسئله، مواد مورد استفاده برای چاپ زیستی باید محیطی را فراهم کنند که امکان خودسازماندهی و ارتباط سلول‌ها را فراهم کند. در حالی که این به طور کلی با هیدروژل‌های نرم امکان‌پذیر است، اطمینان از وضوح چاپ بالا و وفاداری شکل این مواد همچنان یک گلوگاه کلیدی باقی می‌ماند، به‌ویژه زمانی که از تکنیک‌های معمول ساخت لایه به لایه استفاده می‌شود. نویسنده اول Davide Ribezzi استفاده از رزین‌های دانه ای را برای غلبه بر این چالش‌ها بررسی کرد. ریبزی می‌گوید: «ژل‌های گرانول اساساً ریزذرات ژلی هستند که به طور محکم در کنار هم قرار گرفته‌اند. "در حالی که هر ریز ذره دارای خواص قابل مقایسه با همتای هیدروژل حجیم خود است، ذرات میکروژل بسته بندی شده را می‌توان طراحی و سفارشی کرد تا مجموعه وسیعی از خواص مفید اضافه شده را نشان دهد." بنابراین استفاده از ذرات زیستی یک استراتژی امیدوارکننده برای مواجهه با اشکالات مربوط به کپسولاسیون سلولی حجیم و قابلیت پردازش مواد در فرآیندهای چاپ است.
ترکیب استراتژی‌های مختلف چاپ
رزین‌های دانه بندی شده در واقع به محققان اجازه می‌دهد تا اکستروژن و چاپ حجمی را ترکیب کنند. به بیانی دیگر با استفاده از چاپ اکستروژن، سلول‌های خاص یا سایر مواد شیمیایی را می‌توان به طور خاص در رزین رسوب داد. این رویکرد تعادل بین سرعت چاپ حجمی با دقت چاپ اکستروژن را بهینه می‌کند. در این روش ژل در اطراف نازل چاپ مانند کاستارد در اطراف یک انگشت نفوذی حرکت می‌کند، بنابراین سلول‌ها را می‌توان به سرعت در چندین لایه قرار داد، بدون اینکه نگران استحکام ساختار باشید. سپس، چاپ حجمی می‌تواند با ایجاد و ریز کردن اشکال در اطراف سلول‌های اکسترود شده، فرآیند را به پایان برساند. این روند بدون چالش نبود. ریبزی می‌گوید: "پردازش مواد بیولوژیکی همیشه نیازمند توجه زیاد و برنامه ریزی دقیق آزمایش‌ها است. اما در تحقیقات خود از خواص حرارتی میکروژل استفاده می‌کنیم که امکان تنظیم دقیق خواص مکانیکی و نوری را فراهم می‌کند. این به محرک‌های قابل تنظیم تبدیل شده است که توسط سلول‌های تعبیه‌شده حس می‌شود. با این حال، این درجه بالاتر از تنظیم نیاز به توجه و دقت بالاتری در طول فرآیند چاپ دارد.
تکنیک جدید به نام چاپ حجمی اکستروژن
در بافت‌های زنده، سلول‌ها عملکرد خود را به دنبال سیگنال‌های پیچیده از ریزمحیط اطراف خود بیان می‌کنند. گرفتن هر دو معماری سلسله مراتبی در مقیاس میکرو و ماکرو، و الگوی سلول ناهمسانگرد یک چالش بزرگ در چاپ زیستی و یک گلوگاه برای ایجاد مدل‌های فیزیولوژیکی مرتبط است. با پرداختن به این محدودیت، ما یک تکنیک جدید به نام چاپ حجمی اکستروژن جاسازی شده (EmVP)، چاپ زیستی اکستروژن همگرا و چاپ زیستی حجمی بدون لایه و فوق سریع را معرفی کردیم که امکان الگوبرداری فضایی جوهرها/ انواع سلول‌های متعدد را فراهم می‌کند. میکروژل‌های پاسخگو به نور برای اولین بار به عنوان بیورزین (μResins) برای چاپ زیستی حجمی مبتنی بر نور توسعه یافتند، که یک محیط ریز متخلخل را برای خانه سازی سلول و خود سازماندهی فراهم کردند.
یافته‌های حاصل از مطالعه
آزمایش‌ها با سلول‌ها تأیید می‌کنند که رزین‌های دانه‌بندی شده پس از چاپ، امکان فعالیت بیولوژیکی بسیار بیشتری را فراهم می‌کنند و عملکرد بسیار بهتری نسبت به ژل‌های جامد دارند. در عرض هشت روز پس از چاپ در رزین، سلول‌های بنیادی توانستند بیشتر پخش شوند، سلول‌های اپیتلیال اتصالات بیشتری ایجاد کردند و سلول‌های نورون مانند ارتباطات بیشتری با یکدیگر برقرار کردند.
گام بعدی کار
ریبزی می‌گوید: "برای مطالعات آینده، ما اختلاط و حتی الگوبرداری محلی میکروژل‌های به‌دست‌آمده از مواد مختلف را در نظر می‌گیریم. این به ما امکان می‌دهد ساختارهای کامپوزیتی با ویژگی‌های منحصربه‌فرد ایجاد کنیم، یا با پاکت‌های زیست فعالی که مثلاً داروها را آزاد می‌کنند با نتوجه به اینکه این ابزارها عملکرد بافت را افزایش می‌دهند، فرصت‌های بیشتری را برای مهندسی بافت، پزشکی احیا کننده و حوزه نوظهور مواد زنده مهندسی شده باز کنیم.
پایان مطلب/.