به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان به دنبال این هستند که به دنبال آسیب اندام، یک عضو جدید را در آزمایشگاه جایگزین آن کنند. در همین راستا به کارگیری چاپ سلول‌های زنده بر حسب تقاضا در معماری‌های سه بعدی پیچیده و نرم هندسی برای آزمایش‌های سم‌شناسی به جای استفاده از حیوانات ضروری است، در مطالعه‌ای که اخیراً در ACS Biomaterials Science and Engineering منتشر شده است، محققان دانشگاه اوزاکا بر محدودیت‌های قبلی که مانع رشد سلولی و وفاداری هندسی معماری‌های چاپ‌شده زیستی شده بود، غلبه کرده‌اند. این کار ممکن است به نزدیک‌تر کردن ساختارهای سلولی پرینت سه بعدی به تقلید بافت‌ها و اندام‌های بیولوژیکی کمک کند.

پرینت زیستی سه بعدی

پرینت زیستی سه بعدی به عنوان یک رویکرد جدید امیدوارکننده برای ساخت سازه‌های بیولوژیکی پیچیده در زمینه مهندسی بافت و پزشکی احیا کننده ظاهر شده است. هدف آن کاهش موانع روش‌های متداول مهندسی بافت با مونتاژ لایه به لایه دقیق و کنترل شده مواد زیستی در یک الگوی سه بعدی دلخواه است. تاکنون نیز با مجموعه چاپ زیستی سه بعدی سلول‌ها، بافت‌ها و اندام‌ها ایجاد شده است، که قابلیت‌های روش‌های مختلف چاپ زیستی را به تصویر می‌کشد. این مجموعه تحقیقاتی را با هدف پرینت زیستی سه بعدی برای برآوردن نیازهای کمبود اندام، الگوسازی سلولی برای ساخت بافت بهتر و ساخت مدل‌های بهتر بیماری ترکیب می‌کند.

تاریخچه چاپ زیستی

از زمانی که چاپ زیستی برای اولین بار در سال 1988 با استفاده از یک چاپگر جوهرافشان استاندارد گزارش شد، این چاپگر لایه های متوالی از یک فوتوپلیمر مبتنی بر اکریلیک را رسوب داد که سپس به طور همزمان توسط نور UV به هم متصل شد و در نتیجه یک جسم سه بعدی جامد ایجاد کرد. این فناوری ساده که استریولیتوگرافی (SLA) نام دارد، صنعت تولید مواد افزودنی را متحول کرد. به تدریج، در اواخر دهه 1990، چاپ سه بعدی در مراقبت‌های بهداشتی ظاهر شد، جایی که جراحان شروع به چاپ سه بعدی ایمپلنت‌های دندان، پروتزهای سفارشی و مثانه‌های کلیه کردند. متعاقباً اصطلاح «چاپ زیستی سه‌بعدی» در جایی پدیدار شد که ماده‌ای که چاپ می‌شد، به نام «بیواینک»، متشکل از سلول‌های زنده، مواد زیستی یا بیومولکول‌های فعال بود. مشابه تولید افزودنی، بیوپینت سه بعدی شامل رسوب لایه به لایه بیووکین برای ایجاد ساختارهای سه بعدی، مانند بافت‌ها و اندام‌ها است. محققان برای رشد مجدد قسمت‌های آسیب دیده بدن و آزمایش فرضیه‌های پزشکی، پتانسیل این روش را برای مونتاژ لایه به لایه بافت بررسی کردند. چاپ زیستی عبارت است از بیرون ریختن یک "جوهر" حاوی سلول از یک نازل چاپ برای تشکیل ساختارهای سه بعدی. معمولاً چاپ ساختارهای سخت به جای نرم آسان تر است. با این حال، ساختارهای نرم از نظر رشد سلولی در ساختارهای چاپی ارجح هستند. هنگام چاپ ساختارهای نرم، انجام این کار در پشتیبان چاپ موثر است. با این حال، انجماد جوهر در تکیه گاه پر شده در ظرف می‌تواند منجر به آلودگی آن با مواد ناخواسته شود. هدف این کار، ضمن حفظ زنده ماندنی سلول، انتقال جوهر منجمد شده به یک ماتریس نرم با استفاده از پشتیبان چاپ(printing support) بدون آلودگی بوده است. تاکاشی کوتانی، نویسنده اصلی این مطالعه توضیح می‌دهد: «در رویکرد ما، یک چاپگر سه‌بعدی به طور متناوب جوهر حاوی سلول را به کمک  پشتیبان چاپ توزیع می‌کند. "نکته جالب این است که پشتیبان چاپ در تسهیل انجماد جوهر نیز نقش دارد.  زیرا تنها چیزی که برای انجماد جوهر لازم است در ساپورت است و پس از برداشتن ساپورت، هندسه ساختارهای سلولی چاپ شده نرم دست نخورده باقی می‌ماند."

طریقه ایجاد ساختارهای سه بعدی

برای ایجاد ساختارهای سه بعدی پراکسید هیدروژن از پایه، آنزیمی در جوهر را قادر می‌سازد تا ژل شدن جوهر را آغاز کند، و در نتیجه در عرض چند ثانیه یک مجموعه سلولی محصور در ژل ایجاد می‌شود. این ژل شدن سریع از آلودگی مجموعه در طول تشکیل جلوگیری کرد. پس از برداشتن تکیه گاه، ساختارهای سه بعدی ساده مانند هندسه‌های ذوزنقه ای معکوس و همچنین اشکال بینی انسان - از جمله پل‌ها، سوراخ‌ها و برآمدگی‌ها- به راحتی به دست آمد. شینجی ساکای، نویسنده ارشد، می‌گوید: «ما تا حد زیادی هندسه و رشد سلول‌های فیبروبلاست موش را حفظ می‌کنیم و سلول‌ها حداقل برای دو هفته زنده می‌مانند. این سلول‌ها همچنین به ساختارهای ما می‌چسبند و روی آن تکثیر می‌شوند که پتانسیل کار ما در مهندسی بافت را برجسته می‌کند.»

شیوه و یافته‌های کسب شده

چاپ زیستی اکستروژن با واسطه ترب پراکسیداز (HRP) پتانسیل قابل توجهی در مهندسی بافت و پزشکی احیا کننده دارد. با این حال، آنها اغلب در هنگام استفاده از جوهرهای با ویسکوزیته پایین با چالش‌هایی درخصوص چاپ و یکپارچگی ساختاری مواجه می‌شوند. برای پرداختن به این موضوع، روشی که به طور متناوب جوهرهای زیستی و مواد پشتیبان را اکسترود می‌کند در این مطالعه توسعه داده شد. جوهرهای زیستی متشکل از سلول‌ها، HRP و پلیمرهای فنوله‌دار و مواد پشتیبانی حاوی پراکسید هیدروژن (H2O2) بودند. مواد پشتیبان نه تنها از فروپاشی سازه‌ها جلوگیری کرد، بلکه H2O2 را برای تسهیل واکنش آنزیمی نیز تامین کرد. در این روش سازه‌های سه بعدی با اشکال بلند و پیچیده با موفقیت از جوهر کم ویسکوزیته حاوی 10 U/mL HRP و 1.0% w/v اسید هیالورونیک فنوله دار (HA-Ph) با یک ماده پشتیبانی حاوی 10 میلی مولار H2O2 چاپ شدند. همچنین در این روش بیش از 90٪ زنده ماندن فیبروبلاست‌های موش (10T1/2) پس از فرآیند چاپ، همراه با مورفولوژی و نرخ تکثیر مشابه سلول‌های تیمار نشده به دست آمد. علاوه بر این، سلول‌های هپاتوبلاستوم انسانی (HepG2) در سازه‌های چاپی افزایش اندازه کروی را طی 14 روز نشان دادند. سلول‌های 10T1/2 روی ساختارهای چاپ شده از جوهرهای حاوی ژلاتین فنوله و HA-Ph چسبیده و تکثیر شدند. این نتایج پتانسیل بزرگ این روش چاپ زیستی اکستروژن با واسطه HRP را برای کاربردهای مهندسی بافت نشان می‌دهد.

گام مهمی در جهت مهندسی مجموعه‌ها و بافت‌های سلولی انسان

این تکنیک جدید گام مهمی در جهت مهندسی مجموعه‌ها و بافت‌های سلولی انسان است. کار بیشتر ممکن است شامل بهینه سازی بیشتر جوهر و پشتیبانی و همچنین ترکیب رگ‌های خونی در بافت مصنوعی برای بهبود شباهت آن به ساختارهای فیزیولوژیکی باشد. در همین راستا پزشکی احیا کننده، سم شناسی دارویی و سایر زمینه‌ها نیز همگی از این کار و پیشرفت‌های بیشتر دقیق چاپ زیستی بهره مند خواهند شد.

پایان مطلب/.