تولید اعضای یدکی بدن به واقعیت نزدیک‌تر می‌شود

پایگاه خبری تحلیلی «پارس»- فرانک فراهانی جم- یکی از فناوری‌هایی که سال‌های اخیر در حوزه مهندسی بافت مورد توجه قرار گرفته، چاپ زیستی سلول‌ها و اندام‌های بدن است. در این فناوری به کمک رایانه و چاپگرهای سه‌بعدی، توده‌های سلولی و اندام‌های بدن ساخته می‌شود که در نهایت می‌توان از آن برای تولید بافت یا اندام مصنوعی استفاده کرد.

این دستاورد، شبیه‌سازی یا تولید بافت‌هایی با ویژگی‌های مشابه بافت‌های طبیعی بدن را ممکن می‌سازد. محققان بر این باورند در آینده‌ای نه‌چندان دور می‌توان از این روش برای تولید اعضای یدکی بدن به کمک چاپگرهای سه‌بعدی 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 تشکیل‌دهنده بافت در قالب لایه‌های مجزایی روی هم قرار می‌گیرند. این روش در مقایسه با دیگر روش‌هایی که در حوزه مهندسی بافت مورد توجه است در مدت زمان کوتاه‌تری اجرا می‌شود.

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

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های 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 کرده‌اند که از ویژگی‌های مورد نظر برای این مولفه برخوردار است.

کاغذ زیستی، بستر رشد سلولی
مهندس فاطمه نوایی، دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری این طرح تحقیقاتی می‌گوید: در روش چاپ زیستی ساختارهای سه‌بعدی سلولی به صورت لایه‌لایه تهیه می‌شود. چاپگرهای زیستی، دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند یک بافت سه‌بعدی را ـ که می‌تواند هر بافتی از پوست تا رگ و قلب باشد ـ به روشی شبیه چاپگرهای سه‌بعدی صنعتی به شکل لایه لایه روی هم چاپ کند.

در این چاپگرها به جای جوهر از سلول‌ها استفاده می‌شود. یکی از مهم‌ترین چاپگرهای سه‌بعدی، کاغذ زیستی است که در استحکام ساختار سلولی ایجاد شده نقش بسیار مهمی دارد و از آن محافظت می‌کند. 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 ویژگی‌هایی دارد که می‌توان از آنها برای پشتیبانی از خواص مکانیکی ساختارهای زیستی بهره گرفت.

هیدروژل فیبرین نیز با این که از نظر مکانیکی خواص مطلوبی ندارد، می‌تواند از نظر زیستی مناسب باشد. بر این اساس، کاغذ زیستی می‌تواند خواص مکانیکی ساختار زیستی مورد نظر را فراهم کند. علاوه بر این، کاغذ زیستی ساخته شده از نظر زیستی نیز می‌تواند نگهدارنده خوبی برای سلول‌ها باشد. به عبارت دیگر سلول‌ها می‌توانند 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 می‌افزاید: بعد از آن در پژوهشگاه رویان طرح دیگری را به طور مستقل آغاز کردیم که در آن روی دستگاه چاپگر زیستی کار کرده‌ایم. 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 اندام‌های مختلف بدن چنین توضیح می‌دهد: 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 گرفته‌ایم. خرید چاپگر زیستی صنعتی از کشور‌های 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 بررسی‌های 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 سلول‌ها 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، می‌افزاید: 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 می‌توان طرح‌هایی 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 مولفه‌هایی 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 بهینه‌سازی چاپگرهای سه‌بعدی 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 نمونه‌های مشابه خارجی از چه ویژگی‌هایی برخوردار است، این طور توضیح می‌دهد: بیشتر از مواد معمولی که قابلیت کاربردی در این فناوری داشته‌اند برای ساخت کاغذ زیستی استفاده شده و کمتر به‌طور اختصاصی روی ژلی که به عنوان کاغذ زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرد، تحقیق شده است. در حقیقت بررسی خواص انواع مختلف کاغذهای زیستی کمتر مورد توجه بوده است. تفاوت اصلی این کاغذ زیستی با نمونه‌های مشابه این است که ما به طور اختصاصی بر کاغذ زیستی و خواصی که از نظر مکانیکی و زیستی دارد، تحقیق کرده‌ایم تا بتوانیم ساختاری داشته باشیم که از هر نظر بتواند از قابلیت‌های لازم برای چاپگرهای زیستی برخوردار باشد. در چاپگرهای زیستی، علاوه بر دستگاه چاپگر به جوهر زیستی یا همان سلول‌هایی که در تولید بافت مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین کاغذ زیستی نیاز داریم که از کنار هم قرار دادن آنها می‌توانیم یک ساختار سه‌بعدی زنده تولید کنیم.

یکی از مقوله‌های بسیار مهم در حوزه علم پزشکی، جایگزینی اعضای آسیب‌دیده یا تامین اعضا و اندام‌های از دست رفته در بدن است که مطرح شدن آن در سال‌های اخیر نقش بسیار مهمی در توسعه روش‌های 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 تلاش‌های چشمگیری انجام شده است، اما همچنان محدودیت‌های زیادی در این زمینه هست که اجرایی شدن این ایده‌ها را به تاخیر می‌اندازد. بسیاری از مراکز تحقیقاتی و دانشگاه‌ها در سراسر دنیا در تلاشند در زمینه چاپ زیستی اندام‌های بدن به موفقیت‌هایی دست یابند. در کشور ما نیز در این زمینه و با هدف بومی‌سازی فناوری چاپ زیستی تلاش‌های خوبی انجام شده است.