چاپ نخستین قلب سه‌بعدی با استفاده از بافت بیولوژیکی

پژوهشگران در پیشرفت برجسته‌ی پزشکی، نخستین قلب سه‌بعدی مهندسی‌شده دارای عروق را با استفاده از سلول‌ها و بافت بیولوژیکی خود بیمار چاپ کردند. تاکنون، دانشمندان شاخه‌ی پزشکی ترمیمی (تلفیقی از زیست‌شناسی و فناوری) فقط در چاپ بافت‌های ساده‌ی بدون عروق خونی موفق بوده‌اند. پروفسور تال دویر، مسئول این مطالعه می‌گوید:

این نخستین‌بار است که در جهان کسی در مهندسی و چاپ قلب کامل به‌همراه سلول‌ها، عروق خونی، بطن‌ها و فضاهای درون قلب موفق می‌شود.

بیماری قلبی یکی از عوامل اصلی‌ مرگ‌و‌‌میر در میان مردان و زنان سرتاسر جهان محسوب می‌شود. در‌حال‌حاضر، پیوند قلب، تنها درمان موجود برای بیمارانی است که دچار نارسایی قلبی پیشرفته هستند. باتوجه‌به کمبود اهداکننده‌ی قلب، توسعه‌ی رویکردهای جدیدی برای احیای مجدد قلب بیمار ضروری است. پروفسور دویر می‌گوید:

این قلب از سلول‌های انسانی و بافت بیولوژیکی خاص بیمار ساخته شده است. در فرایند ما، این مواد مانند جوهر زیستی عمل می‌کنند؛ یعنی موادی از جنس قند و پروتئین‌ که می‌توانند برای چاپ سه‌بعدی مدل‌ بافت‌های پیچیده به‌کار روند. قبلا هم افرادی به چاپ سه‌بعدی قلب روی آوردند؛ اما قلب چاپ‌شده‌ی آن‌ها حاوی سلول یا عروق خونی نبود. نتایج ما نشان‌دهنده‌ی قابلیت رویکردمان برای مهندسی بافت‌های شخصی و جایگزینی اندام‌ها در آینده است. در این مرحله، قلب سه‌بعدی ما کوچک و به‌اندازه‌ی قلب خرگوش است؛ ولی قلب‌های بزرگ‌تر انسانی نیز با همین فناوری تولید می‌شوند.

قلب انسانی کوچک سه‌بعدی مهندسی‌شده از مواد و سلول‌های خود بیمار

برای این پژوهش، نمونه‌ای از بافت چربی بیماران برداشته شد. سپس، مواد سلولی و غیرسلولی بافت ازهم جدا شدند. این سلول‌ها طوری برنامه‌ریزی شدند که به سلول‌های بنیادی چندتوان تبدیل شوند و در همین حین، ماتریکس خارج سلولی (شبکه‌ای سه‌بعدی از ماکروملکول‌های خارج سلولی مانند کلاژن و گلیکوپروتئین‌ها) به هیدروژل‌های شخصی تبدیل شدند که نقش جوهر چاپ را داشتند. سلول‌ها پس از مخلوط‌شدن با هیدروژل، به‌طور کارآمدی به سلول‌های قلبی یا اندوتلیال تبدیل شدند. حاصل این کار ایجاد تکه‌های قلب شخصی و سازگار و درنهایت، قلب کامل بود. طبق گفته‌ی پروفسور دویر، استفاده از بافت بومی خاص بیمار برای مهندسی موفقیت‌آمیز بافت‌ها و اندام‌ها ضروری است. پروفسور دویر می‌گوید:

سازگاری زیستی بافت مهندسی‌شده برای حذف خطر رد پیوندی حیاتی است که موفقیت این چنین درمان‌هایی را به‌خطر می‌اندازد. به‌طور ایده‌ال، بافت زیستی باید همان خصوصیات بیوشیمیایی و مکانیکی و توپوگرافی بافت خود بیمار را داشته باشد. اینجا می‌توانیم روش ساده‌ای برای چاپ بافت‌های قلبی ضخیم و دارای عروق خونی و قابلیت خون‌یاری را معرفی کنیم که کاملا با خصوصیات ایمونولوژیکی، سلولی، بیوشیمیایی و آناتومیکی بیمار هم‌خوانی دارد.

پژوهشگران اکنون مشغول برنامه‌ریزی روی کشت قلب‌های چاپ‌شده در آزمایشگاه و آموزش‌دادن به آن‌ها برای داشتن رفتاری مانند قلب هستند. سپس، آن‌ها قصد دارند این قلب‌های سه‌بعدی چاپ‌شده را به مدل‌های حیوانی پیوند بزنند.

درپایان، دویر نتیجه‌گیری می‌کند:

باید قلب‌های چاپ‌شده را بیشتر توسعه دهیم. سلول‌ها باید توانایی پمپاژ را به‌دست آورند. در‌حال‌حاضر، آن‌ها می‌توانند منقبض شوند؛ اما نیاز داریم آن‌ها باهم کار کنند. امیدواریم بتوانیم کارآمدی و سودمندی روش خود را ثابت کنیم. شاید در ۱۰ سال آینده، چنین چاپگرهایی در بهترین بیمارستان‌های سرتاسر جهان دیده شوند و این کار به‌طور مرتب در آنجا انجام شود.

گفتنی است یافته‌های پژوهشگران در نشریه‌ی Advanced Science منتشر شده است.