تولید اعضای یدکی بدن از رویا تا واقعیت

این دستاورد، شبیه سازی یا تولید بافت هایی با ویژگی های مشابه بافت های طبیعی بدن را ممکن می سازد.

محققان بر این باورند در آینده ای نه چندان دور می توان از این روش برای تولید اعضای یدکی بدن به کمک چاپگرهای سه بعدی استفاده کرد که دستاورد بزرگی برای تامین اعضای مورد نیاز بیماران خواهد بود.

فناوری چاپگرهای زیستی نخستین بار حدود 12 سال پیش با هدف تامین اعضای مورد نیاز بیماران نیازمند پیوند اعضا از سوی محققان مورد توجه قرار گرفت.

براساس این روش، اجزای تشکیل دهنده بافت در قالب لایه های مجزایی روی هم قرار می گیرند. این روش در مقایسه با دیگر روش هایی که در حوزه مهندسی بافت مورد توجه است در مدت زمان کوتاه تری اجرا می شود.

در فرآیند چاپ زیستی سه مولفه چاپگر زیستی، کاغذ زیستی و جوهر زیستی مورد نیاز است. جوهر زیستی در حقیقت همان سلول هایی است که توسط چاپگرهای زیستی در بستر کاغذ زیستی کنار هم قرار می گیرد.

یکی از مهم ترین ویژگی های فرآیند چاپ زیستی، زیست سازگار بودن و قابلیت فرآیندپذیری کاغذ زیستی است. با توجه به اهمیت این موضوع، گروهی از محققان دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری پژوهشگاه رویان از ترکیب دو نوع هیدروژل، کاغذی زیستی برای چاپگرهای زیستی طراحی کرده اند که از ویژگی های مورد نظر برای این مولفه برخوردار است.

کاغذ زیستی، بستر رشد سلولی

مهندس فاطمه نوایی، دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری این طرح تحقیقاتی در گفت وگو با جام جم می گوید: در روش چاپ زیستی ساختارهای سه بعدی سلولی به صورت لایه لایه تهیه می شود. چاپگرهای زیستی، دستگاه هایی هستند که می توانند یک بافت سه بعدی را ـ که می تواند هر بافتی از پوست تا رگ و قلب باشد ـ به روشی شبیه چاپگرهای سه بعدی صنعتی به شکل لایه لایه روی هم چاپ کند.

در این چاپگرها به جای جوهر از سلول ها استفاده می شود. یکی از مهم ترین چاپگرهای سه بعدی، کاغذ زیستی است که در استحکام ساختار سلولی ایجاد شده نقش بسیار مهمی دارد و از آن محافظت می کند. در این طرح تحقیقاتی از دو هیدروژل آلژینات و فیبرین استفاده شده است. هدف نهایی ساخت کاغذ زیستی است که برای رسیدن به هدف از این هیدروژل استفاده شده است. آلژینات ویژگی هایی دارد که می توان از آنها برای پشتیبانی از خواص مکانیکی ساختارهای زیستی بهره گرفت.

هیدروژل فیبرین نیز با این که از نظر مکانیکی خواص مطلوبی ندارد، می تواند از نظر زیستی مناسب باشد. بر این اساس، کاغذ زیستی می تواند خواص مکانیکی ساختار زیستی مورد نظر را فراهم کند. علاوه بر این، کاغذ زیستی ساخته شده از نظر زیستی نیز می تواند نگهدارنده خوبی برای سلول ها باشد. به عبارت دیگر سلول ها می توانند به این کاغذ زیستی چسبیده و در بستر آن تکثیر شوند و رشد کنند.

در این طرح تحقیقاتی روی کاغذ زیستی مناسب برای فرآیند چاپ زیستی تحقیقاتی انجام شده است.

نوایی با اشاره به این موضوع می افزاید: بعد از آن در پژوهشگاه رویان طرح دیگری را به طور مستقل آغاز کردیم که در آن روی دستگاه چاپگر زیستی کار کرده ایم. در این تحقیقات قصد داریم استفاده از این دستگاه را برای تولید بافت قلب مورد بررسی و مطالعه قرار دهیم.

وی درباره امکان استفاده از چاپگرهای زیستی در تولید اعضا و اندام های مختلف بدن چنین توضیح می دهد: طرح تحقیقاتی که در پژوهشگاه رویان تعریف شده همین طرح است. در این طرح ما خودمان طراحی و ساخت چاپگر زیستی را نیز به عهده گرفته ایم. خرید چاپگر زیستی صنعتی از کشور های دیگر مستلزم اختصاص بودجه قابل توجهی است. بر این اساس تصمیم گرفتیم این چاپگر را خودمان طراحی کنیم و بسازیم. اکنون این چاپگر زیستی ساخته و بررسی های آزمایشگاهی روی این دستگاه انجام شده است. کاغذ زیستی نیز در طرحی با همکاری دانشگاه صنعتی امیرکبیر و پژوهشگاه رویان ساخته شده بود. اکنون این طرح در مرحله پرینت یا چاپ سلول ها و رسیدن به ساختار سلولی مورد نظر است.

مجری طرح با اشاره به موارد مشابه دیگری که در زمینه تولید کاغذ زیستی در دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام شده است، می افزاید: پیش از این در دانشگاه صنعتی امیرکبیر طرحی در زمینه طراحی و ساخت کاغذ زیستی انجام شده بود. با توجه به این که در آن زمان امکان آزمایش و بررسی این کاغذ زیستی روی دستگاه چاپگر زیستی وجود نداشت در عمل شرایطی برای آزمایش این ساختار فراهم نشد و فقط در حد پروژه کارشناسی ارشد باقی ماند. اکنون چاپگر زیستی بومی در کشور آماده شده و می توان طرح هایی را که پیش از این تعریف شده است در این چاپگر زیستی طراحی کرد و مورد بررسی قرار داد.

فناوری چاپ زیستی در مسیر بومی شدن

چاپگرهای زیستی و مولفه هایی که در این فناوری نقش مهمی دارد، در سطح دنیا موضوع جدیدی است و به همین دلیل کارهایی که در این زمینه انجام شده بیشتر به بهبود و بهینه سازی چاپگرهای سه بعدی محدود بوده و تاکنون در زمینه طراحی ساخت کاغذهای زیستی کارهای زیادی انجام نشده است.

مهندس نوایی در پاسخ به این که کاغذ زیستی در مقایسه با نمونه های مشابه خارجی از چه ویژگی هایی برخوردار است، این طور توضیح می دهد: بیشتر از مواد معمولی که قابلیت کاربردی در این فناوری داشته اند برای ساخت کاغذ زیستی استفاده شده و کمتر به طور اختصاصی روی ژلی که به عنوان کاغذ زیستی مورد استفاده قرار می گیرد، تحقیق شده است. در حقیقت بررسی خواص انواع مختلف کاغذهای زیستی کمتر مورد توجه بوده است. تفاوت اصلی این کاغذ زیستی با نمونه های مشابه این است که ما به طور اختصاصی بر کاغذ زیستی و خواصی که از نظر مکانیکی و زیستی دارد، تحقیق کرده ایم تا بتوانیم ساختاری داشته باشیم که از هر نظر بتواند از قابلیت های لازم برای چاپگرهای زیستی برخوردار باشد. در چاپگرهای زیستی، علاوه بر دستگاه چاپگر به جوهر زیستی یا همان سلول هایی که در تولید بافت مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین کاغذ زیستی نیاز داریم که از کنار هم قرار دادن آنها می توانیم یک ساختار سه بعدی زنده
تولید کنیم.

یکی از مقوله های بسیار مهم در حوزه علم پزشکی، جایگزینی اعضای آسیب دیده یا تامین اعضا و اندام های از دست رفته در بدن است که مطرح شدن آن در سال های اخیر نقش بسیار مهمی در توسعه روش های نوین حوزه مهندسی بافت داشته است. البته باید توجه داشت فناوری چاپ زیستی هنوز در مراحل ابتدایی بوده و تا رسیدن به هدف نهایی که همان تولید اعضای یدکی بدن انسان است، راهی طولانی پیش رو دارد. اگرچه در زمینه طراحی و ساخت داربست سلولی با بستر سلولی مناسب تلاش های چشمگیری انجام شده است، اما همچنان محدودیت های زیادی در این زمینه هست که اجرایی شدن این ایده ها را به تاخیر می اندازد.

بسیاری از مراکز تحقیقاتی و دانشگاه ها در سراسر دنیا در تلاشند در زمینه چاپ زیستی اندام های بدن به موفقیت هایی دست یابند. در کشور ما نیز در این زمینه و با هدف بومی سازی فناوری چاپ زیستی تلاش های خوبی انجام شده است.