چاپ زیستی سه بعدی (3D Bio Printing) و کاربردهای اعجاب انگیز آن!
چاپ زیستی سه بعدی که از آن تحت عنوان بیوپرینت نیز یاد می کنند، یکی از جدیدترین و حیرت انگیزترین فناوری های رو به تکامل در حوزه مهندسی بافت است. شاید برایتان جالب باشد بدانید که در این فناوری با استفاده از جوهرهای زیستی برگرفته از سلول های بنیادی، ساختارهای زیستی سه بعدی نظیر پوست یا ارگان هایی همچون دست و پا را می سازند. آن هم در سریع ترین زمان ممکن و بسیار دقیق؛ به گونه ای که با دست و پای خودمان مو نمی زند!
مطمئنیم که شگفت زده شده اید و نمی توانید یا شاید هم نمی خواهید این واقعیت شیرین را پذیرا باشید. حتما با خواندن این جملات سری از روی تاسف تکان داده و در دل گفته اید چه حرف ها؛ مگر می شود اعضای بدن انسان را پرینت گرفت؟ اصلا مگر بدن انسان کاغذ A4 است که بتوان آن را چاپ کرد؟ شوخی بی مزه ای بود!
به شما حق می دهیم که نتوانید فناوری ای با این عظمت را متصور شوید، اما حقیقتا آنچه گفتیم؛ نه شوخی است و نه رویا. یک واقعیت شیرین و یک موفقیت بزرگ است. مایلید بیشتر در مورد چاپ زیستی سه بعدی صحبت کنیم؟ خدا را چه دیدید؛ شاید باورتان شد که پرینت گرفتن اعضای بدن انسان به لطف علم امر محالی نیست!
چاپ زیستی سه بعدی چیست؟
چاپ زیستی که تحولی شگرف در دنیای پزشکی و مهندسی زیست محسوب می شود، یک فرآیند تولید افزودنی است. سلول ها و سایر فاکتورهای رشد را در طی این فرآیند با یکدیگر ترکیب نموده و بدین ترتیب ساختارهای بافت مانندی را به وجود می آورند که از بافت های طبیعی بدن تقلید می کنند. فناوری مذکور برای ایجاد این ساختارهای لایه لایه از ماده ای تحت عنوان جوهر زیستی استفاده می کند. از پیشرفت های اخیر این فناوری در ساخت بافت های غضروفی به منظور استفاده در بازسازی نیز نمی توان چشمپوشی کرد.
با پرینت سه بعدی معمولی آشنایی دارید؟! روشی که در آن متریالی همچون ترموپلاستیک، پودر پلیمر، پودر فلز و… را در اختیار دستگاهی به نام چاپگر سه بعدی قرار می دهند. سپس یک فایل دیجیتال حاوی طراحی شیء مورد نظر را به چاپگر داده و بدین ترتیب زمینه را برای چاپ یا بهتر بگوییم، ساخت آن فراهم می سازند.
چاپ زیستی شباهت فراوانی به چاپ سه بعدی معمولی دارد. در این نوع چاپ نیز یک مدل دیجیتال لایه لایه را در اختیار چاپگر زیستی قرار می دهند تا با استفاده از جوهر زیستی آن را به یک جسم فیزیکی تبدیل نماید. پس در این روش خبری از متریالی همچون ترموپلاستیک و رزین و این گونه مواد نیست. هرچه هست، سوسپانسیون سلول زنده است و بس!
وضوح چاپ زیستی سه بعدی!
شاید برایتان عجیب و غیر قابل باور به نظر برسد، اما حقیقت این است که کیفیت چاپ در چاپ زیستی سه بعدی نیز درست مانند چاپ معمولی حائز اهمیت است. هیچ کس خواهان یک دست و پای بی کیفیت نیست! در همین راستا به منظور بهینه سازی زنده ماندن سلول و دستیابی به کیفیت چاپ مناسب برای ساختار آن، حفظ شرایط چاپ استریل بسیار حائز اهمیت است. در صورتی که شرایط چاپ استریل رعایت شود، مواردی همچون دقت در بافت های پیچیده، فاصله سلول به سلول لازم و صحیح بودن خروجی تضمینی خواهند بود.
فرآیند چاپ استریل چهار مرحله آماده سازی، چاپ، بلوغ و کاربرد را شامل می شود. این مراحل در سه مرحله ای که در ادامه مورد بحث و بررسی قرار می دهیم؛ خلاصه می شوند:
پیش چاپ زیستی
در این مرحله محققان مدل دیجیتالی بافت یا ارگان مورد نظر که قصد ساخت آن به وسیله چاپگر زیستی را دارند، آماده سازی می کنند. فناوری های به کار گرفته شده در مرحله پیش چاپ زیستی به قرار زیرند:
- توموگرافی کامپیوتری (CT)
- تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI)
چاپ زیستی
این مرحله دقیقا همان فرآیند واقعی چاپ می باشد. در طی مرحله چاپ زیستی، جوهر زیستی را درون کارتریج چاپگر تعبیه نموده و بدین ترتیب زمینه رسوب گذاری بر اساس مدل دیجیتالی را فراهم می سازند.
پس چاپ زیستی
این مرحله از چاپ زیستی شامل تحریک مکانیکی و شیمیایی بافت ها و ارگان های چاپ شده با هدف ایجاد ساختارهای پایدار می باشد.
دلایل اهمیت چاپ زیستی سه بعدی چیست؟
از اهمیت چاپ زیستی هرچه برایتان بگوییم، کم گفته ایم. بیشترین اهمیت این نوع چاپ مربوط به ساختارهای بافت مانندی است که مقلد محیط میکرو و بافت ها و اندام های بدن هستند. شاید ندانید؛ اما حقیقت این است که این امر نقش غیر قابل انکاری در آزمایش های دارویی و بالینی ایفا می کند. کاهش شدید نیاز به پتانسیل آزمایش های حیوانی یکی از مهم ترین مثال هایی است که می توان در این زمینه مطرح کرد.
درمان بیماری ها با بافت های آسیب دیده مصنوعی یکی دیگر از دلایل اهمیت چاپ زیستی سه بعدی است. درست زمانی که بافت ها و اندام های زنده هیچ وابستگی ای به انسان ندارند، فناوری نوپای مذکور چنین فرصت عظیمی را ارائه می دهد.
اگر بگوییم چاپ زیستی سه بعدی پایان دردسرهای مربوط به اهدای عضو و پیوند عضو است، گزاف نگفته ایم. اگرچه هدف اصلی از چاپ زیستی سه بعدی جایگزینی عضو چاپ شده با یک عضو است؛ اما نباید از این مسئله نیز غافل شویم که در این میان می توان به جای جایگزینی، بافت آسیب دیده را ترمیم کرد. این گونه است که حل مشکلات بیمارانی که با این بیماری ها دست و پنجه نرم می کنند، ساده تر می شود.
کاربردها
کاربردهای اصلی چاپ زیستی سه بعدی که دنیای امروز را با تحولات بزرگی رو به رو نموده است، عبارتند از:
همان طور که در جریان هستید، نارسایی اندام های حیاتی در عصر حاضر رواج غیر قابل انکاری پیدا کرده است. هرکس را که می بینید، با مشکلی جسمی گلاویز است. این موضوع یکی از اصلی ترین محرک های تلاش برای پیدایش و رواج این فناوری است. گذشت آن زمان هایی که مردم مجبور بودند ماه ها و سال ها در صف پیوند عضو بمانند تا بلکه فرجی شده و عضوی که با شرایط آنان سازگاری داشته باشد؛ گیرشان بیاید. اکنون به لطف چاپگرها و جوهرهای زیستی اندام های پرینت شده سه بعدی در دسترسند و حل این مسائل را مانند آب خوردن ساده کرده اند.
تا زمانی که پرینت زیستی سه بعدی در دسترس است، توسعه بافت ها به منظور انجام آزمایشات دارویی کار اخلاقی و مقرون به صرفه به نظر می رسد. از این طریق می توان عوارض جانبی داروها را شناسایی کرد و امکان تجویز داروهای توصیه شده با دوز ایمن معتبر را فراهم ساخت.
در دنیایی که جراحی زیبایی علی الخصوص جراحی پلاستیک و پیوند پوست به سرعت برق و باد در حال گسترش است، می توان از فناوری چاپ زیستی سه بعدی حسابی سود برد. جالب است بدانید که بافت پوست چاپ شده توسط چاپگرهای زیستی در این روش تجاری می شود.
بازسازی بافت استخوان، پروتز، کاربردهای دندانی و… از دیگر کاربردهای مهم چاپ زیستی سه بعدی محسوب می شوند که دنیا بدون وجود آن به جای ترسناکی تبدیل می شود.
جمع بندی
چاپ زیستی سه بعدی یکی از کارآمدترین و پیشرفته ترین تکنیک هایی است که به وفور در حوزه مهندسی بافت مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش علم مواد و زیست شناسی را با یکدیگر ترکیب نموده و زمینه تولید چارچوب اندام و بافت های مختلف را فراهم می سازند. اصلی ترین هدفی که چاپ زیستی یه بعدی برای تحقق آن تلاش می کند، ترمیم بافت ها و اندام هایی است که آسیب دیده اند. بافت های ساخته شده بدین روش از پیچیدگی بومی بافت بیولوژیکی تقلید می کنند.
کاربردهای چاپ زیستی سه بعدی بسیار گسترده تر از چیزی است که فکرش را می کنید. با وجود این روش دیگر شاهد دردسرهای ناشی از اهدا و پیوند عضو نخواهیم بود. این تکنیک انجام آزمایشات دارویی را بسیار ساده و مقرون به صرفه ساخته و جراحی پلاستیک را بسیار بی دردسر نموده است. به همین خاطر است که می گوییم تکنیک مذکور جهان علم را دستخوش تغییر نموده و دنیا را با شگفتی های بزرگی رو به رو کرده است.
