پرینترهای سه‌بعدی با استفاده از سلول‌های زنده، گوش انسان ساختند

پژوهشگران دانشگاه ویک فارست در آمریکا اعلام کرده‌اند که با استفاده از سلول‌های زنده در بیو-پرینترهای سه‌بعدی می‌توانند اندام‌های بدن انسان را بسازند.

گوش بیرونی انسان در محلول مخصوص بیوژل که مثل خون از آن تغذیه می‌کند؛ ساخته شده در دانشگاه ویک فارست در آمریکا

گوش بیرونی انسان در محلول مخصوص بیوژل که مثل خون از آن تغذیه می‌کند؛ ساخته شده در دانشگاه ویک فارست در آمریکا

آنتونی آتالا و تیم همراه او با استفاده از پرینترهای سه‌بعدی مرکز پزشکی ترمیمی دانشگاه ویک فارست تاکنون توانسته‌اند استخوان‌ فک انسان، بافتی عضلی، و بافت غضروفی گوش بیرونی انسان را تولید کنند. این تیم پژوهشی نتیجه کار خود را روز ۱۵ فوریه در ژورنال «نیچر بیوتکنولوژی» منتشر کرده‌اند.

ابتکار آن‌ها در استفاده از جوهری است که از نوعی هیدروژل ساخته شده که حاوی سلول‌های زنده است. بیو-پرینترهای سه‌بعدی مورد استفاده این آزمایشگاه، هیدروژل مخصوص را مانند جوهری استفاده می‌کند که هم‌زمان هم داربست مخصوص چسبیدن سلول‌ها به هم را تولید می‌کند و هم طراحی دقیق سیستم عروقی لازم برای رساندن غذا و اکسیژن به سلول‌ها. این سیستم عروقی به شکل مصنوعی با هیدروژل‌های حاوی غذا و اکسیژن پر می‌شود اما زمانی که عضو پرینت شده به بدن موجودی زنده پیوند زده شود، جای آن رگ‌ها رشد خواهند کرد.

اندام‌های نه چندان مصنوعی

در پرینترهای سه‌بعدی پزشکی ترمیمی از روشی «افزودنی» استفاده می‌شود؛ به این ترتیب که بر اساس یک مدل دیجیتال به دست آمده توسط توموگرافی رایانه‌ای یا همان سی‌تی اسکَن (و همچنین روش‌های پرتونگارانه مانند ام‌آرآی) یک بافت سه‌بعدی را به صورت لایه به لایه و بر لایه‌های پیشین می‌افزایند تا فرم گیرد.

برای ایجاد یک اندام – که می‌تواند قسمتی از آناتومی استخوان بدن، لوله‌ای تنفسی، عضله، بافتی غضروفی و غیره باشد – پرینترهای سه‌بعدی این قابلیت را دارند که تقریباً از هر ماده‌ای استفاده کنند و با استفاده از یک مدل دیجیتال دقیق، اجزای بدن را به گونه‌ای که تنها برای یک بیمار خاص و برای ابعداد بدن آن بیمار خاص طراحی شده باشند، تولید کنند.

تفاوت اندام‌هایی که توسط روش پیشنهادی آنتونی آتالا و تیمش ساخته می‌شوند با پروتزهای سه‌بعدی دیگر که از سلول زنده استفاده کرده‌اند این است که بیو-پرینتر دانشگاه ویک فارست برای اولین بار توانسته است بافت جایگزین سلولی را به نحوی بسازد که پس از تکمیل مراحل ساخت، تغذیه سلول‌ها کماکان به کمک سیستمی عروقی ممکن باشد و همچنین خود بافت به قدری مقاوم باشد که بتوان آن را در پیوند عضو استفاده کرد. مقاومت اینجا شاخصی از حفظ ساختار بافت در زمان است. یعنی عضو نباید در زمان شکلش تغییر کند یا مقاومتش کم شود.

این اندام‌ها آنچنان هم مصنوعی نیستند. آن‌ها را می‌توان با استفاده از سلول‌های پایه هر فرد و مخصوص نیازهای آن فرد خاص تولید کرد. در حال ایده‌آل می‌توان از این بیو-پرینترها اندام‌هایی ساخت که در پیوند عضو قابل استفاده باشند و توسط سیستم امینی بدن میزبان مورد حمله قرار نگیرند چراکه اساساً به‌دست‌آمده از سلول‌های پایه همان بدن هستند.

ایجاد رگ برای جریان خون

آزمایشگاه‌هایی که پیش از این از طریق پرینترهای سه‌بعدی اقدام به تولید اندام‌های بدن از سلول‌های زنده کرده بودند نمی‌توانستند اندام‌ها را به شکلی تولید کنند که دارای همه زیرساخت‌های سلولی و سیستم عروقی برای پیوند باشند. نتیجه عضوها یا اندام‌های زهوار دررفته‌ای بود که دارای سیستم عروقی مستقل برای غذارسانی به سلول‌ها نبود.

مراحل یافتن مدل دیجیتال بافت اندامی تا پرینت آن توسط بیو-پرینتر با هیدروژل سلولی

مراحل یافتن مدل دیجیتال بافت اندامی تا پرینت آن توسط بیو-پرینتر با هیدروژل سلولی

«سلول‌ها نمی‌توانند بدون سیستم مویرگ‌های کوچک‌تر از ۲۰۰ میکرون زنده بمانند»؛ این عامل محدودکننده‌ای در تکنولوژی بیو-پرینت کردن بوده است – این را آتالا به نشریه علمی «گیزمودو» می‌گوید.

پرینتر مورد استفاده توسط تیم آنتونی آتالا، حساب همه‌چیز را کرده است و حتی راه‌های عروق شعریه یا همان سیستم‌های ریز مویرگ‌های میکرونی در میان سلول‌ها را هم درون ساختار عضو پرینت شده، در نظر گرفته‌اند. این عروق‌ها ابتدا توسط هیدروژل دیگری که مخصوص غذا رسانی به سلول‌هاست پر می‌شوند – چیزی شبیه خون مصنوعی. اما پس از پیوند عضو، مویرگ‌ها باید راه پیدا کنند و کار غذا و اکسیژن‌رسانی به سلول‌ها را به عهده بگیرند.

رویکرد جدید پژوهشگران دانشگاه ویک فارست این است که از یک پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر برای تشکیل شکل بافت به‌صورت داربست استفاده می‌کنند. همزمان با شکل گرفتن داربست، مخلوط سلول‌های زنده درون بیوژل مخصوص هم به‌صورت جوهری که شکل و فرم می‌گیرد مورد استفاده قرار می‌گیرد و بافت زنده قوام می‌یابد.

آنتونی آتالا به شبکه رسانه‌ای «ان بی‌سی» توضیح می‌دهد که در واقع «داربست و سلول‌های زنده باهم شکل می‌گیرند.»

ژل مخصوص یا هیدروژل مورد استفاده در پرینترهای آزمایشگاه آتالا مانند یک جوهر حیات عمل می‌کند. این جوهره حیات ماده‌ای است که توأم هم حاوی سلول‌های زنده است و هم حاوی ماده تغذیه سلول‌های زنده. همچنین در حین پرینت دیجیتال سه‌بعدی، این هیدروژل از حالت مایع، ویسکوزیته بیشتری پیدا می‌کند تا اینکه خیلی شبیه ژله‌های سفت مورد استفاده در شیرینی‌هایی مانند «پاستیل خرسی» می‌شود – کم کم سلول‌ها در کنار هم شبیه به بافت‌ سلولی‌ای می شوند که مورد نظر است.

هم‌زمان با همه این‌ها، میکروکانال‌ها شکل می‌گیرند – تونل‌های ریز که قرار است معابر برای مواد مغذی و اکسیژن برای تغذیه سلول‌ها باشند. این‌ها میکروکانال‌هایی هستند که بعدها مویرگ‌های خونی به‌طور طبیعی در آن‌ها رشد خواهند کرد. آتالا می‌گوید: «اساساً این میکروکانال مانند بسترهای مویرگی در بافت‌های کاملاً زنده عمل کنند.»

پیوند عضوهای تولیدشده توسط بیو-پرینترها

آزمایشگاه آتالا استخوان فک، گوش و بافت ماهیچه‌ای تولیدشده توسط بیو-پرینتر سه‌بعدی را به زیرپوست موش‌های آزمایشگاه پیوند زده‌اند و بعد از چند ماه رگ‌های موش‌ها در راه‌های عروق‌های ایجادشده شکل‌گرفته‌اند و خون در اندام‌های تولیدشده جریان یافته است.

پیوند این بافت‌های اندامی تولیدشده توسط بیو-پرینتر با بدن موش‌ها به تیم آتالا نشان داد که آن‌ها پژوهشی انجام داده‌اند که در سال‌های آتی می‌تواند به کمک انسان‌هایی بیاید که در لیست‌های انتظار برای پیوند عضو نام‌نویسی کرده‌اند.

مقاله آتالا و تیمش نوشته است که گوش بیرونی انسان که به زیر پوست موش‌های آزمایشگاهی پیوند زده شده بود، پس از دو ماه شکل ساختاری خود را کاملاً حفظ کرده و درون بافت غضروفی آن پر از عروق خونی بوده است. بافت‌های عضلانی انسانی هم در پیوند با بدن موش تمامیت ساختاری‌شان را حفظ کرده‌اند و پر از رگ‌هایی هستند که به سلول‌ها خون می‌رساند. سلول‌های بنیادی که ملات ایجاد قطعاتی از استخوان فک بودند، پنج ماه پس از انتقال به بدن موش‌ها همچنان بافت استخوانی خود را حفظ کرده‌اند و بافت استخوانی پر از میکرو رگ‌های است که به استخوان غذا و اکسیژن می‌رسانند.

آتالا باور دارد که روش او و تیمش برای استفاده در بیو-پرینترهای پزشکی ترمیمی بسیار مؤثر است و می‌تواند در پیوند عضو در انسان‌ها نیز مورد استفاده قرار گیرد.

پس از آزمایش‌های انسانی متعدد، زمانی که این تیم و تیم‌های دیگر بتوانند با موفقیت نشان دهند که پیوند این عضوها در انسان بی‌خطر است، انقلاب واقعی در علم پزشکی ترمیمی با استفاده از بیو-پرینترهای سه‌بعدی اتفاق خواهد افتاد. چراکه ساختار بافت‌های پایدار سلولی زنده، در هر شکل، با استفاده از سلول‌های پایه و با توجه به نیازهای فیزیکی و منحصر به فرد هر بیمار قابل ساختن است.

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*