موفقیت دانشمندان در زمینه چاپ سه‌بعدی اجزای قلب

چاپ زیستی بافت‌های انسانی هنوز در مراحل اولیه‌ی پیشرفت خود قرار دارد اما یک فناوری درحال ظهور است که فرصت‌های هیجان‌انگیزی نظیر چاپ سه‌بعدی اعضای بدن انسان را فراهم می‌کند. اکنون این هدف علمی کمی نزدیک‌تر شده است زیرا پژوهشگران دانشگاه کارنگی ملون خبر از پیشرفتی داده‌اند که امکان چاپ بخش‌هایی از قلب را در مقیاس کامل می‌دهد. عملکرد برخی از این اجزا همچون عملکرد اجزای قلب واقعی است.

سلول‌های تخصصی که اعضای مختلف بدن انسان را می‌سازند، به‌وسیله ساختاری که به آن ماتریکس خارج سلولی گفته می‌شود، درکنار هم قرار می‌گیرند. ساختار مذکور شبکه‌ای پروتئینی است که نه‌تنها همه چیز را در کنار هم حفظ می‌کند بلکه سیگنال‌های بیوشیمیایی مورد نیاز برای عملکرد منظم و سالم یک عضو را نیز فراهم می‌کند. کلاژن پروتئینی است که نقش کلیدی در این انسجام ساختاری دارد اما وقتی صحبت از چاپ زیستی می‌شود، چالش‌های منحصربه‌فرد و قابل‌توجهی را به‌همراه دارد. آندرو هادسون، نویسنده‌ی مقاله می‌گوید:

کلاژن یک ماده‌ی زیستی بسیار مطلوب برای چاپ سه‌بعدی است زیرا عینا هرکدام از بافت‌های موجود در بدن را می‌سازد. اگرچه چیزی که موجب مشکل در زمینه‌ی چاپ سه‌بعدی می‌شود، این است که کلاژن به‌صورت یک مایع به جریان می‌افتد، بنابراین اگر بخواهید با استفاده از آن عضوی را چاپ کنید، فقط گودالی روی پلتفرم ساخته شده‌ی شما تشکیل خواهد شد. بنابراین ما تکنیکی را توسعه دادیم که مانع از تغییر شکل آن شود.

تکنیکی که هادسون به آن اشاره می‌کند، متکی بر هیدروژلی مخصوص است که پژوهشگران می‌توانند از آن به‌عنوان یک پشتیبان موقت برای پیشگیری از ریزش کلاژن استفاده کنند.

یک دریچه‌ی قلب سه‌بعدی که به‌وسیله‌ی پژوهشگران دانشگاه کارنگی ملون تولید شده است

ژل به‌عنوان یک حمام عمل می‌کند و به کلاژن اجازه می‌دهد که بتواند لایه‌لایه رسوب کرده و ساختار جامد درون آن را بسازد. پس از اتمام کار، ژل پشتیبان را می‌توان به‌آسانی با گرم کردن آن تا دمای اتاق حذف کرد و یک ساختار کلاژنی چاپ‌شده بر جای می‌ماند. پژوهشگران از این تکنیک برای ساخت مجموعه‌ای از اجزای قلب در مقیاس انسانی استفاده کردند. آن‌ها همچنین سلول‌های ماهیچه قلب را به کار گرفتند و از داده‌های تصویربرداری قلب برای بازآفرینی عروق خونی، دریچه‌های قلبی که باز و بسته می‌شدند و بطن‌های قابل انقباض استفاده کردند. آدام فینبرگ، استاد مهندسی پزشکی که این کار در آزمایشگاه او انجام شده است، می‌گوید:

ما نشان دادیم که می‌توانیم با استفاده از سلول‌ها و کلاژن قطعاتی از قلب مانند دریچه‌ی قلب یا یک بطن تپنده را بسازیم که واقعا عملکرد دارند. با استفاده از داده‌های MRI قلب یک انسان، ما توانستیم ساختار آناتومیکی اختصاصی بیمار را بازتولید و کلاژن و سلول‌های قلبی را چاپ سه‌بعدی کنیم.

هرچند هنور فاصله‌ی عظیمی بین ساخت اجزای قلب و چاپ قلب کاملی که بتواند نیاز بیماران به پیوند قلب را برطرف کند، وجود دارد اما این موفقیت قدم امیدوارکننده‌ی دیگری رو به جلو است. پژوهشگران درحال تلاش هستند تا به کمکی شرکتی به نام Fluidform این تکنیک را تجاری‌سازی کنند. فینبرگ اضافه می‌کند:

 درک این نکته مهم است که هنوز سال‌های زیادی باید صرف پژوهش در این زمینه شود اما همین موضوع نیز باید هیجان‌انگیز باشد که ما در حال پیشرفت واقعی درزمینه‌ی مهندسی بافت‌ها و اعضای عملکردی انسان هستیم و این مقاله گامی در جهت این مسیر است.

نتایج این پژوهش در مجله‌ی Science منتشر شده است.