دانشمندان به تازگی گام بلندی در شبیه‌سازی و چاپ سه بعدی قلب انسان با هدف نهایی بازآفرینی بافت جایگزین، برای احیای اندام‌ها و بازتولید ارگان‌های زنده و بهبودی جراحت‌های مصدومان حوادث برداشته‌اند.

چاپگر سه بعدی، دستگاهی است که برای تولید قطعات نهایی از روی فایل سه بعدی کامپیوتری و برخلاف چاپ سنتی بر روی یک سطح صاف و به صورت لایه لایه به کار گرفته می‌شود.

پرینت‌های سه بعدی متناسب با جنس محصول پرینت شده از قبیل پلاستیک، فلزات و سرامیک، کاربردهای متفاوتی دارند.

عرصه کاربردی این  تکنولوژی در صنایع مختلف بسیار گسترده است و در سال‌های اخیر محققان در پی توسعه زمینه جدید و محصولی به نام "چاپ زیستی" سه بعدی با دورنمای دستاوردی بسیار قابل توجه هستند. امید این است که در آینده‌ای نه چندان دور فناوری لازم برای تولید محصولات شخصی‌سازی شده مثل پرینت بافت زنده سفارشی و حتی اندام زنده سفارشی برای بیماران تکوین و تکمیل شود.

البته بدن انسان به مراتب پیچیده‌تر از یک محصول مصرفی است. بافت چاپی نه تنها نیازمند ساختار است بلکه بقا و پویایی آن در گرو همزیستی با عروق خونی، اعصاب و سایر عناصر  مرتبط است.

 به استناد سخنان "اندرو لی" محقق ارشد دانشگاه کارنگی ملون پیتسبورگ؛ هر چند هنوز راه زیادی برای دستیابی به موفقیت کامل مانده و دورنمای تحقق عملی چاپ زیستی کاملا کاربردی قابل پیوند اعضای بدن و تولید اندام‌های زنده بیولوژیک قابل پیوند به انسان بعید می‌نماید، اما او و همکارانش در دانشگاه بی‌تردید شاهد و عامل جهش و گام بلندی در راستای ارتقای این شاخه از علم و فناوری بوده‌اند. آنها با ابداع روش چاپ زیستی جدیدی، موفق به ساخت قسمت‌هایی از  قلب انسان از کلاژن شده‌اند. کلاژن مهمترین و فراوان‌ترین پروتئین  موجود در بدن انسان است که بخش حیاتی "بستر خارج سلولی" یعنی شبکه‌ای از مولوکول‌هایی است که سلول‌های بدن را احاطه کرده و محافظ ساختار و پشتیبان شیمیایی آنهاست.

تکنولوژی جدید چاپ زیستی بهره‌برداری از کلاژن را به مراتب آسان‌تر و ممکن کرده است. چاپ سلول‌های زنده و مواد بیولوژیکی نرم مثل کلاژن چالشی بس دشوار است. محققان در توضیح این مطلب افزودند که کلاژن به صورت مایع استخراج می‌شود و به علت شاخصه‌های ویژه به تنهایی برای چاپ زیستی مناسب نیست، ولی با حمایت از ژل تثبیت‌کننده‌ای که پس از چاپ زیستی حذف می‌شود، چاپ زیستی آن عملی است زیرا ژل تثبیت‌کننده با کمک به قوام کلاژن ساختار مناسب برای چاپ زیستی را ممکن می‌سازد.

تکنیک پیشرفته مذبور به نام FRESH 2 چاپ الیاف ریز کلاژن به قطر ٢٠ میکرومتر را ممکن کرده است. منظور از بزرگی، اندازه کوچکتر از ٢۵٠میکرومتر نسبت به نسخه قبلی این فناوری است. این روش همچنین فرصت تثبیت ساختاری مناسب، مطلوب و تحت کنترل کلاژن را برای مهندسی بازآفرینی معماری بافت با قابلیت همزیستی با سلول‌های زنده را فراهم می‌آورد.

به دنبال چاپ زیستی موفق کلاژن زیستی با سلول عضلانی قلب انسان محققان توانستند مدل کوچکی از بطن چپ قلب _محفظه پمپاژ اصلی آن بسازند. طی چند روز بطن‌ها توانایی انقباض را بروز دادند.

سپس دریچه قلبی را که باز و بسته (منقبض و منبسط) می‌شد با موفقیت چاپ زیستی سه بعدی کرده و در ادامه مدل قلب نوزادی را نیز پرنیت کردند.

وی تاکید ورزید: تا تحقق ساخت قلب کاملا کاربردی قابل پیوند به انسان هنوز فاصله بسیاری است، اما بی‌تردید گام بلندی در جهت پیشرفت است.

لورن بلک استادیار زیست پزشکی دانشگاه تافتز در این رابطه اظهار داشت: «دستاورد بسیار ارزشمند و مهمی است. با روش چاپ زیستی سه بعدی نه تنها کلاژن بلکه سایر مواد بیولوژیکی مهم مانند فیبرنیوژن و اسید هیالورنیک نیز عملی است».

هدف نهایی چاپگرهای سه بعدی زیستی تولید بافت سفارشی شخصی منحصر به فرد برای تک تک بیماران است.

در ادامه بلک توضیح دادکه این کار با استفاده از سلول‌های بنیادی هر بیمار به صورت انحصاری انجام می‌شود. سلول‌ها را می‌توان از پوست گرفته و از نظر ژنتیکی دوباره در حالت مشابه سلول‌های بنیادی جنینی قرار داد و بدین‌سان زمینه و پتانسیل بازتولید بافت انسانی مورد نیاز را میسر و تامین کرد.

بلک خاطرنشان کرد که با توجه به کمبود ملموس اعضای اهدایی و احتمال محرز رد عضو توسط سیستم ایمنی بدن بیماران، در صورت عدم تجویز و مصرف داروهای تقویت‌کننده سیستم ایمنی، راهگشایی این چالش در زمره اهداف کاربردی چاپگرهای سه بعدی زیستی است.

وی افزود: البته راه  طولانی پیشرو داریم، اما در بازه زمانی نزدیکتری می‌توان از قابلیت‌های موجود چاپ زیستی بافت انسانی در تحقیقات آزمایشگاهی برای تست داروهای جدید بهره برد و حتی احتمالا می‌تواند جایگزین مناسبی برای برخی تحقیقات رایج کنونی بر روی حیوانات باشد.

منبع: consumer.healthday.com