پرینترهای زیستی، اعضای پیوندی برای حل مشکلات ستون فقرات تولید میکنند
پزشکان و محققان علوم پزشکی، در سالهای اخیر، استفادههای گوناگونی از پرینترهای سهبعدی داشتهاند و امروزه، این دستگاهها مانند تجهیزات تصویربرداری X، میکروسکوپ یا ابزارهای مشابه، به تجهیزاتی الزامی خصوصا در حوزههای ترمیمی بدل شده است. مهندسان علوم زیستی از پرینترهای سهبعدی موسوم به پرینترهای زیستی، برای تولید مفصلهای پایدارتر با استحکام بالاتر برای بخشهای مختلف بدن استفاده میکنند. بهعلاوه، انواع پروتز اندامی و حتی بافت زنده متصل به اعضای پرینتشدهی مصنوعی نیز توسط انواع پیشرفتهی بایوپرینترها تولید میشود.
بافت مصنوعی تولیدشده بهوسیلهی پرینترهای سهبعدی، برای بررسی تأثیر داروها بسیار مفید محسوب میشود. هدف نهایی میتواند تولید یک ارگان کامل بدن باشد که پس از رشد نهایی، به بدن بیمار پیوند زده شود. آخرین قدمها در پیشرفت پیوند زدن اعضای مصنوعی به بدن بیماران، توسط تیمی در منطقهی سندیگو بهدست آمد. آنها با استفاده از پرینترهای زیستی، بخشی از ستون فقرات را برای پیوند زدن به بدن بیمار طراحی کرده و ساختند که دقیقا براساس جراحت خود او طراحی شده بود.
دانشمندان در تحقیق فوق، ابتدا ایمپلنتهای مصنوعی کوچک را با استفاده از ژل مصنوعی تولید کرده و آنها را با سلولهای بنیادی عصبی پر کردند. پر کردن ژلها نیز بهکمک پرینترهای سهبعدی انجام شد. سپس، ایمپلنتها داخل حفرهای در نخاع یک موش آزمایشگاهی تزریق شد. پس از گذشت مدتی، سلولهای عصبی جدید و آکسونها، اتصالات جدید را ایجاد کردند که به نخاع قطعشدهی قبلی متصل میشد.
سلولهای ایمپلنت تزریقی، نهتنها بهخوبی به یکدیگر متصل شدند، بلکه به نخاع میزبان نیز متصل شده و ارتباطی کامل با سیستم پیرامون آن برقرار کردند. ارتباطات پایدار، باقیماندن ایمپلنت و پذیرفتن آن در بدن را آسانتر میکند. نکتهی مهم، دقت بالای چاپ سهبعدی بافت بود که موجب شکلگیری دقیق آکسونها و جانمایی صحیح آن در جراحت شد.
برای اولین بار، محصول پرینترهای زیستی روی موجود زنده امتحان شد
شائوچن چن، استاد مهندسی نانو و مارک توزینسکی دانشمند عصبشناسی، مدیران تیم تحقیقاتی دانشگاه کالیفرنیا در سندیگو بودند که نتایج تحقیقات خود را در ژورنال Nature Medicine منتشر کردند. اکثر تحقیقات پیشین در حوزهی پرینترهای زیستی، در ظرفهای آزمایشگاهی انجام میشد، اما فرایند اخیر، توانست دستاورد خود را روی یک موجود زنده یعنی موش آزمایشگاهی پیادهسازی کند. نکتهی مهمتر آن بود که درنهایت عضو پیوندی بهخوبی با بدن موش هماهنگ شده و به سیستم عصبی آن متصل شد.
کریستین اشمیت، استاد مهندسی پزشکی در دانشگاه فلوریدا است که البته در تحقیقات تیم سندیگو حضور نداشته و دربارهی آن میگوید:
آنها توانستند سلولها را بهشکلی مرتب کنند که بافت مجروحشده را بهخوبی شکل دهد. چنین دستاوردی، یکی از چالشهای همیشگی در این حوزه از علم را حل کرد.
پرینترهای زیستی، از پیپتهای هدایتشده توسط کامپیوترها استفاده میکنند تا سلولهای زنده را بهصورت لایهبهلایه تولید کنند. پیپت مورد استفاده در پرینترهای سهبعدی زیستی، با نام جوهر زیستی (bio-ink) شناخته میشود. لایههای ساختهشده بهوسیلهی پیپت، روی یکدیگر قرار میگیرند تا بافت زنده را در محیط آزمایشگاهی تولید کنند. اکثر پرینترهای زیستی، توانایی ساخت لایههای زیستی تا حداقل ۲۰۰ میکرون را دارند. تیم تحقیقاتی سندیگو، توانست روشی برای ساخت بافت تا یک میکرون معرفی کند. بهبیاندیگر، توانایی دستگاه آنها برای ترکیب کردن مواد خاکستری و سفید و ساختن نخاع، بیشتر بوده است.
تیم تحقیقات اخیر علاوهبر افزایش دقت، توانست ساختار یک نخاع واقعی را شبیهسازی کند. ساختاری که دارای یک مادهی خاکستری در وسط و پوششی سفیدرنگ از سلولهای عصبی و چربی بود. امید میرود نتایج تحقیقات اخیر، روزی به ساختن یک نخاع واقعی انسانی برای جایگزینی و ترمیم نخاع آسیبدیده منجر شود. چن، یافتهها پیرامون نخاع و افزایش دقت را جزو زیباییهایی فناوری چاپ سهبعدی مینامد. شبیهسازی ساختار اعضای بدن، کاری است که پیش از این از عهدهی کمتر متخصص و دانشمندی بر میآمد.
باوجود تمام امیدهایی که از نتایج تحقیقات مذکور درک میشود، چن و تیمش هنوز راه زیادی در پیش دارند. آنها نمیتوانند به این سرعت دستاورد خود را روی انسانها پیاده کرده و بهعنوان مثال، قابلیت راه رفتن را به فردی با نخاع آسیبدیده بازگردانند. نکتهی اول آن است که آسیبهایی همچون اختلال در راه رفتن بر اثر ضربه به نخاع، آن بافت فرد را لِه میکنند. درواقع، نخاع فردی که توانایی راه رفتن ندارد، قطع یا پاره نشده است؛ درحالیکه آزمایش تحقیقاتی فوق، روی نخاع قطعشدهی موش انجام شد.
بافت پیوندی، بهمرور با اعصاب اصلی موش آزمایشگاهی اتصال پیدا کرد
حوادث واقعی، برخلاف رخدادهای آزمایشگاهی، نخاع را بهشکل تمیز و بینقص نمیبرند. بههمیندلیل، اضافه کردن یک بخش جدید به نخاع و ستون فقرات فرد پس از آن حوادث، به این آسانی نیست. بهعلاوه، یافتههای تحقیقاتی پیش از بررسی کردن روی بدن انسانها، باید آزمایشهای پیچیدهتری را بگذرانند.
چن و تیم تحت مدیریتش، در زمانیکه آزمایشهای پیشرفتهتر برای تأیید دستاورد پرینت بافت زیستی انجام میشود، آزمایشهای دیگر را در حوزههای مختلف پیگیری میکنند. بهعنوان مثال، آنها میخواهند با استفاده از بافتهای پرینتشده، ارگانهای کوچکی برای بررسی تأثیر داروها تولید کنند. آنها در دو سال گذشته، بافت قلب و همچنین کبد را با استفاده از پرینترهای زیستی تولید کردهاند.
فناوری پرینترهای زیستی تا کجا پیش خواهد رفت؟ دانشمندان مهندسی پزشکی در مؤسسهی تحقیقاتی Wake Forest، اولین ارگانوید (نمونهی سادهی ارگان با خاصیتهای اولیهی آن) مغزی را بهکمک پرینت سهبعدی تولید کردند. آن نمونه، تمامی ۶ نوع سلول موجود در آناتومی انسانی را دارا بود. قطعا، دستاورد آن تحقیقات هیچ شباهتی به یک مغز واقعی ندارد، اما کارشناسان امیدوارند در چند دههی آینده با پیشرفت مهندسی و دانش مغز و اعصاب، حصول آن نمونهها هم محقق شود.
اشمیت در ادامهی مصاحبهی خود این بار در مورد یافتههای دانشمندان در حوزهی مغز میگوید:
محققان اکنون میتوانند موادی برای شبیهسازی ساختار مغز بسازند. بهعلاوه، میتوانند مولکولهای ماتریسی خارج سلولی و موارد دیگر را نیز شبیهسازی کنند؛ اما هنوز نکات ناشناختهی زیادی دربارهی نحوهی عملکرد مغز وجود دارد.
از صحبتهای اشمیت میتوان برداشت کرد که چاپ سهبعدی مغز، حوزهای بسیار خاص و بکر محسوب میشود. بهاحتمال زیاد نیز چالش اصلی آن، برنامهنویسی ارگان حاصل خواهد بود.
نظرات