این پرینتر سه بعدی زیستی می تواند بافت های زنده با ابعاد مناسب برای انسان تولید کند

دانشمندان برای نخستین بار موفق شدند با استفاده از سلول های زنده، ساختارهای پرینت شده سه بعدی با ابعاد و استحکام کافی برای کاشت در بدن انسان بسازند.

ماجرا از این قرار است که امروز در نشریه نیچر بایوتکنولوژی، خبر مربوط به نوعی پرینتر سه بعدی زیستی منتشر شد که دانشمندان از آن برای ساخت گوش، استخوان ها و ساختارهای ماهیچه ای از مواد پلاستیک مانند و سلول های زنده متعلق به انسان، خرگوش، موش های صحرایی و موش های معمولی استفاده کرده اند.

طبق مقاله منتشر شده، این سلول ها موفق شدند در فرایند پرینت زنده بمانند (دستاوردی که رسیدن به آن در گذشته چندان هم ساده نبوده) و ساختارهای تولیدی آنقدر پایدار بودند که دانشمندان بتوانند از آنها در بدن جوندگان بهره بگیرند.

اگر این فناوری همان عملکردی را در بدن انسان از خود به نمایش بگذارد که دانشمندان در حیوانات دیده اند، پزشکان احتمالا به زودی موفق خواهند شد از پرینترهای زیستی در تولید غضروف و استخوان های جایگزین برای افرادی استفاده نمایند که دچار آسیب های جسمی شده اند.

البته لازم است یادآور شویم که تولید اندام ها و بافت های زنده با استفاده از پرینترهای سه بعدی اتفاق تازه ای نیست؛ دانشمندان سال هاست که روی چنین مقوله ای کار می کنند و از آزمایش واکنش یک اندام به داروهای تازه گرفته تا بازگرداندن شکل اندامی که فرد در اثر سانحه از دست داده همگی از جمله موارد کاربرد این اندام ها بوده اند.

برای نمونه چندی پیش شرکتی به نام Organavo بافت های کلیه را با استفاده از این پرینترها تولید کرد تا از آنها در تست داروهای جدید بهره بگیرد. سال گذشته نیز محققان استرالیایی توانستند نوعی بافت مغزی را با استفاده از این دستگاه ها بسازند اما تا به امروز اغلب این بافت ها بیش از اندازه ناپایدار بوده اند یا اینکه به خاطر سادگی یا کوچکی بیش از اندازه شان، امکان کاشت آنها درون بدن انسان وجود نداشته است.

به گفته علی خادم حسینی یکی از مهندسان زیست پزشکی دانشگاه هاروارد که در پروژه ساخت این پرینتر زیستی مشارکت نداشته است: از همین روست که تحقیقات صورت گرفته اخیر را می توان گامی ارزشمند به سمت جلو قلمداد کرد.

او می گوید: به لطف این دستاورد، محققان برای نخستین بار توانستند نشان دهند که می شود با استفاده از این دستگاه ها بافت های کاربردی و عروقی با ابعاد مناسب را تهیه کرد که امکان استفاده از آنها در بخش های بالینی نیز وجود دارد.

این پرینتر زیستی بهینه سازی شده الگوهای مربوط به ژل های حاوی سلول و مواد پلاستیک مانند زیست تخریب پذیر را با دقت به صورت لایه به لایه روی هم قرار می دهد و سپس نوعی پوسته خارجی موقتی ساخته شده از پلیمر را روی آن قرار می دهد که به بافت امکان می دهد خود را نگه دارد و از هم فرو نپاشد.

فرایند پرینت نیز کاملا بهینه سازی شده است تا این اطمینان حاصل گردد که سلول ها تا زمان جراجی و پیوند زنده می مانند. بعد از آنکه بافت پرینت شده درون یک ارگانیزم کاشته شد، مواد پلاستیکی مانند آن به تدریج تخریب شده و از بین می روند.

در عین حال نیز سلول ها نوعی چهارچوب پشتیبان را ایجاد می کنند که به بافت پیوندی کمک می کند شکل خود را حفظ کند. در پایان این پروسه سلول ها خود را به بهترین شیوه ممکن سازماندهی کرده اند و در نتیجه نیازی به مواد پشتیبان نخواهند داشت.

دانشمندان در ادامه برای تست بافت های کاشتنی آنها را به زیر پوست موش ها تزریق کردند و با نتایج امیدبخشی روبرو شدند: دو ماه بعد، گوش های پرینت شده که در بدن موش ها کار گذاشته شده بودند، همچنان شکل خود را نگه داشته بودند و بافت غضروفی آنها نیز به صورت کامل شکل گرفته بود.

در مورد ماهیچه ها هم باید بگوییم که دانشمندان دو هفته بعد از جراحی دریافتند که بافت ماهیچه ای پیوندی به بدن موش عصب هایی را در اطراف خود ایجا کرده است. در نهایت هم به استخوان های پیوندی می رسیم که با استفاده از سلول های بنیادی انسان تهیه شدند و در ادامه درون بدن موش ها کاشته شدند. این استخوان ها 5 بعد از کاشته شدن به شکل گیری نوعی سیستم رگ های خونی درون بدن جانور منتهی شدند.

Adam Feinberg از مهندسان زیست پزشکی دانشگاه کارنگی ملون در این باره گفت: این کار واقعا شگفت انگیز است و حتی اگر از این روش برای کاشت گوش در بدن انسان استفاده شود نتیجه کار هم به لحاظ زیبایی و هم کاربردی مطلوب خواهد بود.

او می گوید، برای بیمارانی که یکی از گوش های خود را از دست داده اند، استفاده از بافتی مشابه به گوش به لحاظ صوتی نیز بهتر خواهد بود چراکه شکل گوش نقشی کلیدی برای دریافت صدا دارد.

Gordana Vunjak-Novakovic از مهندسان زیست پزشکی دانشگاه کلمبیا که در این پروژه مشارکت نداشته در این باره اظهار داشت: آنها موفق شدند ساختارهایی بزرگ با طول عمر مناسبی که امکان کاشتشان درون بدن وجود داشته باشد بسازند که این دستاورد به هیچ وجه کوچک نیست.

او در ادامه گفت: این یک مطالعه بسیار مهم است که ثابت می کند امکان تولید بافت های دارای شکل درون آزمایشگاه وجود دارد و می شود آنها را به کانال هایی مجهز نمود که نفوذ سلول ها و مایعات را تسریع نمایند.

این پژوهش توسط دانشکده پزشکی Wake Forest انجام شد و بخشی از بودجه مورد نیاز آن نیز توسط ارتش ایالات متحده آمریکا تامین گردید، بنابراین احتمال می رود که ارتش این کشور در نظر دارد از این بافت ها برای بازسازی اندام های سربازانی استفاده نماید که در جنگ دچار مصدومیت یا نقص عضو شده باشند.

با این همه هنوز هم راه درازی در پیش است؛ دانشمندان تا به حال این بافت ها را روی انسان آزمایش نکرده اند و به همین خاطر نمی دانیم که آیا این بافت ها از ایمنی کافی برخوردارند یا خیر.

در هر حال آنطور که Feinberg می گوید این تکنیک کاملا عملی به نظر می رسد و استفاده از آن به خصوص برای بازسازی غضروف ها مناسب است. او در ادامه ابراز امیدواری می کند که ابتدا امکان تست ساختارهای غضروفی روی انسان فراهم شود چراکه این بافت برخلاف ماهیچه ها و استخوان ها می تواند حتی بدون وجود سیستم خونی گسترده نیز به حیات خود ادامه دهد. او می گوید غضروف ها بیشترین شانس را برای موفق دارند.

در پایان نیز لازم است اشاره نماییم که موفقیت این تکنیک احتمالا با بسیاری موفقیت های دیگر همراه خواهد شد؛ Feinberg می گوید به زودی رشته مهندسی بافت فعال تر و پربارتر از سابق می شود.

او ادامه می دهد: ظرف یک یا دو سال آینده، شاهد پیشرفت های هیجان انگیزی در این حوزه خواهید بود که پرینت اندام را از قلمرو داستان های علمی و تخیلی خارج کرده و مستقیما زندگی بیماران را تحت تاثیر قرار خواهد داد.