مهندسان زیستی در مسیر چاپ سه‌بعدی اندام‌های جایگزین با توسعه‌ی یک تکنیک پیشرفته برای چاپ زیستی اعضای بدن، از مانعی بزرگ عبور کردند. این نوآوری جدید به دانشمندان امکان می‌دهد تا شبکه‌های درهم‌تنیده‌ای را با ظرافت ایجاد کنند که تقلیدی از مجاری طبیعی عبور خون، هوا، لنف و دیگر مایعات حیاتی هستند. این پژوهش که روی جلد شماره‌ی این هفته‌ی مجله‌ی Science منتشر شد، طرحی را توصیف می‌کند که شامل یک مدل هیدروژلی خیره‌کننده از کیسه‌های هوایی شبیه کسیه‌های هوایی ریه است که در آن، مجاری هوایی اکسیژن را به عروق خونی اطراف می‌رسانند. همچنین نتایج آزمایش‌هایی در زمینه پبوند ساختارهای چاپ‌شده حاوی سلول‌های کبد به موش‌ها گزارش شد. این کار تحت هدایت جوردن میلر از دانشگاه رایس و کلی استیونز از دانشگاه واشنگتن انجام شد و ۱۵ پژوهشگر دیگر از مراکز علمی مختلف نیز در آن مشارکت داشتند. میلر می‌گوید:
استیونز، پژوهشگر دیگر این مطالعه با اشاره به این موضوع که بافت و عملکرد اغلب دست به دست هم می‌دهند، می‌گوید:
هدف از چاپ اعضای سالم و عملکردی، عمدتا پیوند اعضا است. بیش از ۱۰۰هزار نفر فقط در آمریکا در فهرست انتظار پیوند عضو هستند و افرادی که درنهایت اعضای اهدایی دریافت می‌کنند، برای پیشگیری از رد پیوند، باید یک عمر داروهای سرکوب‌کننده‌ی سیستم ایمنی مصرف کنند. چاپ زیستی طی دهه‌ی گذشته توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است زیرا ازنظر تئوری این تکنیک می‌تواند به هر دو مشکل بپردازد و به پزشکان اجازه دهد که اعضای جایگزین را با استفاده از سلول‌های خود بیمار چاپ کنند. میلر می‌گوید:
استیونز نیز در این‌باره توضیح می‌دهد که:
پژوهشگران برای پرداختن به این چالش، یک تکنولوژی متن‌باز چاپ زیستی جدید را با نام دستگاه استریولیتوگرافی مهندسی بافت یا اسلت (SLATE) طراحی کردند. این سیستم برای ساخت هیدروژل‌های نرم از روش تولید افزایشی و ایجاد یک لایه در هر زمان استفاده می‌کند. لایه‌ها با استفاده از یک محلول پیش‌هیدروژلی مایع چاپ می‌شوند که وقتی در معرض نور آبی قرار می‌گیرد، تبدیل به جامد می‌شوند.
یک پروژکتور دیجیتالی پردازش‌کننده نور نیز نوری را از سمت پایین می‌تاباند و قطعات دو بعدی متوالی ساختار را با وضوح بالایی و با اندازه پیکسل ۱۰ تا ۵۰ میکرون به نمایش می‌گذارد. وقتی هر لایه جامد می‌شود، بازویی که در سمت بالا قرار گرفته است، ژل سه‌بعدی در حال رشد را به‌اندازه‌ی کافی بالا می‌برد تا فضا برای ایجاد لایه‌ی بعدی مهیا شود. کار مهم پژوهشگران در این زمینه، افزودن یک‌سری رنگ‌های غذایی بود که نور آبی را جذب می‌کنند. این جاذب‌های نوری موجب می‌شوند جامد شدن ساختار به یک لایه‌ی بسیار نازک محدود شود. به این ترتیب، سیستم می‌تواند طی چند دقیقه ژل‌های سازگار با محیط زیست مبتنی بر آب و نرمی با معماری پیچیده‌ی داخلی ایجاد کند.
چاپ زیستی مدلی از کیسه‌های هوایی که دارای مجاری هوایی و عروق خونی هستند و بدون برقراری تماس قادر هستند اکسیژن را به سلول‌های قرمز خون برسانند
آزمایش این ساختار شبه‌ریه نشان داده است که بافت به آن اندازه استحکام دارد که در جریان حرکت خون و تنفس ضربان‌دار منفجر نشود. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که سلول‌های قرمز خون می‌توانند وقتی در شبکه‌ی عروق خونی اطراف کیسه هوای در حال تنفس جریان می‌یابند، اکسیژن را بردارند. حرکت اکسیژن نظیر تبادل گازی است که در کیسه‌های هوایی ریه رخ می‌دهد. جسیکا روزنکرانتز، یکی از پژوهشگران این مطالعه از شرکت طراحی سیستم عصبی گفت:
در آزمایش‌ها پیوند برای درمان بیماری کبد، پژوهشگران بافت‌های چاپ سه‌بعدی را با سلول‌های اولیه‌ی کبد بارگذاری کردند و سپس این بافت‌ها را که دارای اجزای جداگانه‌ای برای رگ‌های خونی و سلول‌های کبد بودند، به موش‌های مبتلا به آسیب مزمن کبدی پیوند زدند. این سلول‌های پیوندی در بدن موش‌ها زنده ماندند. سیستم چاپ زیستی جدید قادر به ایجاد خصوصیات درون عروقی مانند دریچه‌های دو لختی نیز است. این دریچه‌ها امکان حرکت مایع را تنها در یک جهت فراهم می‌کنند. در انسان، دریچه‌های داخل عروقی در قلب، سیاهرگ‌های پا و شبکه‌های مکملی نظیر سیستم لنفاوی که دارای پمپی برای به جریان انداختن مایع نیستند، دیده می‌شود. میلر می‌گوید:
میلر و گریگوریان، پژوهشگر دیگر این مطالعه، در حال تجاری‌سازی جنبه‌های کلیدی پژوهش ازطریق استارتاپی به‌نام ولومتریک هستند. این شرکت که گریگوریان در آن مشغول به کار است، به طراحی و تولید چاپگرها و جوهرهای زیستی مشغول است. میلر توضیح می‌دهد که تمام داده‌های منبع حاصل از آزمایش که در مجله‌ی Science منتشر شده است، آزادانه در دسترس پژوهشگران قرار دارد. علاوه‌بر‌این، تمام فایل‌های قابل چاپ سه‌بعدی مورد نیاز برای ساخت دستگاه چاپ استریولیتوگرافی و نیز فایل‌های طراحی برای چاپ هر کدام از هیدروژل‌های مورد استفاده در مطالعه نیز موجود است. او می‌گوید:
آزمایشگاه او در حال استفاده از طرح و تکنیک‌های چاپ زیستی جدیدی برای بررسی امکان طراحی ساختارهای پیچیده‌تر است. به‌گفته‌ی او:
نظرات