درباره تهیه جوهر زیستی چه می دانید؟
آیا تا به حال به تهیه جوهر زیستی و چیستی آن فکر کرده اید؟! اگر کسی در این رابطه از شما سوالی هرچند ساده و ابتدایی بپرسد، جواب قانع کننده ای برایش در چنته دارید؟!
نمی گوییم صد درصد، اما به احتمال نود درصد پاسختان به سوالات فوق الذکر منفی است. اگر چنین است، تبریک می گوییم. البته نه به خاطر این که تا به حال به تهیه جوهر زیستی فکر نکرده اید یا هیچ اطلاعات مفیدی در رابطه با آن ندارید، بلکه به این خاطر که جای خوبی آمده اید. تا پایان این مقاله همراهمان باشید تا سیر تا پیاز جوهر زیستی را کف دستتان بگذاریم.
آشنایی با جوهر زیستی
شاید با شنیدن نام جوهر زیستی؛ جوهر خطاطی، پرینتر و این قبیل جوهرها را در ذهنتان مجسم نموده و بلافاصله خودتان را بابت نامرتبط بودن افکارتان به موضوع بحث سرزنش کنید. آخر زیست و زیست شناسی کجا و جوهر پرینتر و این حرف ها کجا؟!
شاید باورتان نشود، اما آنقدرها بیراه هم فکر نکرده اید. جوهرهای زیستی مواد زیست سازگاری هستند که می توان آن ها را با استفاده از چاپگر زیستی سه بعدی چاپ کرد. این جوهرها به منظور ساخت بافت های مصنوعی و ارگان های بدن مورد استفاده قرار می گیرند. اگر بخواهیم این جوهرها را به صورت تخصصی تر معرفی کنیم؛ چنین می گوییم:
جوهرهای زیستی که متشکل از مواد طبیعی یا سنتز شده زیست سازگارند، به شبیه سازی محیط ماتریکس خارج سلولی پرداخته و زمینه چسبیدن، تکثیر و تمایز سلول های زنده را فراهم می سازند. به عبارت ساده تر این جوهرها محیطی ایده آل را برای رشد و تمایز سلول ها در یک ماتریکس خارج سلولی مهیا می کنند. جالب است بدانید که این جوهرهای فوقِ کاربردی بر پایه زیست پلیمرهایی نظیر زیست پلیمرهای زیر و دیگر مواد دارای خاصیت زیست سازگاری می باشند:
- ژلاتین
- کلاژن
- آلژینات
- …
مایلید به اتفاق به معرفی مختصر و مفید این زیست پلیمرهای طبیعی بپردازیم؟
ژلاتین؛ زیست پلیمری مهم در تهیه جوهر زیستی
ژلاتین یکی از پرکاربردترین زیست پلیمرهای طبیعی است که به طور گسترده در مهندسی بافت مورد استفاده قرار می گیرد. ساختار داربست ژلاتینی در دمای پایین و توسط اتصالات زنجیره ای برقرار شده میان مواد تشکیل دهنده ژل مشخص می گردد. با این اوصاف می توان نتیجه گرفت که گرانروی ژلاتین در دما فیزیولوژیکی تا حد قابل توجهی کاهش پیدا می کند. به عنوان یکی از رایج ترین روش های ساخت داربست ژلاتینی می توان به متاکریلاته کردن ژلاتین اشاره کرد که از قابلیت پرینت و دستیابی به ثبات شکلی در دمای فیزیولوژیکی، برخوردار می باشد.
آلژینات؛ یکی از مهم ترین زیست پلیمرهای استفاده شده در تهیه جوهر زیستی
آلژینات نیز درست مانند ژلاتین یک زیست پلیمر طبیعیِ استخراج شده از دیواره سلول های جلبک قهوه ای می باشد. جالب است بدانید که جلبک قهوه ای را به فور به عنوان یک ماده زیستی مورد استفاده قرار می دهند. تهیه آلژینات تنها یکی از کاربردهای گسترده این ماده محسوب می شود.
آلژینات ها گزینه ای بسیار ایده آل و مناسب برای چاپ زیستی هستند. حتما می پرسید چرا؟!
چون در شرایط ملایم از اتصال عرضی بهره مند می گردند. نکته جالب توجه درباره این اتصالات برقراری آن ها میان یون های با دو بار نظیر کلسیم می باشد. هرچه گرانروی این مواد افزایش پیدا کند، تناسب آن ها برای استفاده به عنوان جوهرهای زیستی بیشتر می گردد.
کلاژن؛ زیست پلیمری مناسب برای استفاده در تهیه جوهر زیستی
اگر اندکی از بدن انسان و سازوکارهایش سر در بیاورید؛ حتما می دانید که کلاژن فراوان ترین پروتئین یافت شده در بدن انسان است. از آن جا که مولکول های کلاژن نسبت به دما حساس هستند، پرینت کردن آن ها به شکل سنتی پیچیده و دشوار به نظر می رسد.
زیست سازگاری مشخصه یک جوهر زیستی مناسب است!
زیست سازگاری که بسیاری آن را تحت عنوان زیست فعالی نیز نامگذاری می کنند، یکی از اصلی ترین و اساسی ترین مشخصه های یک جوهر زیستی مناسب است. مهم ترین ویژگی جوهرهای زیستی سازگار قابل چاپ بودن آن ها به علت به کارگیری چاپگرهای زیستی یا اصطلاحا بایوپرینترها است.
حال که با رایج ترین زیست پلیمرهای استفاده شده در تهیه جوهر زیستی آشنا شدیم، وقت آن فرا رسیده که جوهرهای زیستی به کار گرفته شده در بایوپرینترها را دسته بندی کنیم. اگر تا بدین جای مطلب را به درستی درک کرده باشید، می دانید که این جوهرها با همکاری بایوپرینترها به ساخت بافت های مصنوعی و ارگان های بدن می پردازند. جوهرهای زیستی استفاده شده در این راستا را به دو دسته کلی زیر تقسیم بندی می کنند:
- جوهرهای زیستی حاوی سلول
- جوهرهای زیستی فاقد سلول
اطلاعاتی مفید درباره جوهرهای زیستی حاوی سلول
داربست های ساخته شده به وسیله جوهرهای زیستی حاوی سلول، بیومتریال ها و سلول های زنده را شامل می شوند. هدف از تولید این مواد بازسازی ساختارهای سه بعدی و بافت های آسیب دیده از طریق پرینترهای زیستی است. به این صورت که داربست های ساخته شده به آرامی تخریب می گردند. در سوی مقابل سلول های زنده کپسوله شده رشد خود را آغاز نموده، فضا را اشغال کرده و بدین ترتیب بافت های از قبل طراحی شده را به وجود می آورند.
اطلاعاتی کارآمد درباره جوهرهای زیستی فاقد سلول
جوهرهای زیستی فاقد سلول زنده با هدف پدید آوردن ساختارهای مشابه ساختار طبیعی بافت های بدن به کار گرفته می شوند. جوهرهای استفاده شده در این زمینه می بایست از خواص فوق العاده ای همچون قابلیت پرینت گیری، زیست تخریب پذیری و استحکام مکانیکی بهره مند بوده و خواص بیولوژیکی مناسبی همچون خواص زیر داشته باشند:
- زیست سازگاری (زیست فعالی)
- بایو اکتیویتی
تجربه یک چاپ با کیفیت!
ممکن است همین الان که در شوک آشنایی با پرینت گیری دم و دستگاه های موجود در بدن با استفاده از بایوپرینترها هستید، این سوال ذهنتان را به خود درگیر کرده باشد:
چه کنیم که پرینتر اعضا را با وضوح مناسب تر و کیفیت بیشتری چاپ کند؟!
به منظور بهینه سازی زنده ماندن سلول ها و در نتیجه دستیابی به وضوح چاپ مناسب تر، ضروری است که شرایط چاپ استریل را رعایت نمایید. در صورتی که شرایط چاپ کاملا استریل باشد، تحقق موارد زیر تضمینی خواهد بود:
- دقت در بافت های پیچیده
- دقت در فاصله سلول به سلول مورد نیاز
- خروجی صحیح
یک نکته جالب؛ چاپ زیستی، کاغذ زیستی می خواهد!
اگر هنوز هم به شباهت چاپ زیستی با هر نوع تکنیک چاپ دیگری نظیر چاپ بر روی کاغذ شک دارید، باید تیر خلاص را زده و خدمتتان عرض کنیم که چاپ زیستی کاغذ و جوهر لازم دارد. البته کاغذی معمولی نه، بلکه کاغذ زیستی!
به احتمال قطع به یقین می خواهید بگویید کاغذ زیستی دیگر چه صیغه ای است؟!
آیا قبول دارید فراهم سازی بستری که بتوان با خیال راحت به چاپ سلول ها بر روی آن پرداخت، یکی از مهم ترین جنبه های این فناوری عجیب و غریب است؟! اصلا مگر چاپ بدون کاغذ شدنی است؟!
کاغذ زیستی نیز درست مانند جوهر زیستی باید زیست سازگار باشد. سازگاری با سیستم چاپ که امکان چاپ به صورت همزمان، متناوب و لایه لایه را فراهم می سازد، یکی دیگر از مشخصه های مهم کاغذ زیستی است. سایر ویژگی های این کاغذهای پر کاربرد عبارتند از:
- شبیه سازی ماتریکس خارج سلولی
- قابلیت اتصال به سلول ها
- ایجاد حمایت مکانیکی مورد نیاز به منظور نگهداری سلول های چاپ شده در مکان مناسب
- امکان نفوذ و حرکت سلول ها در طی فرآیند رشد
- امکان تجزیه و تخریب به وسیله بدن
- امکان تامین فضای مطلوب به منظور رساندن مواد مغذی و عوامل رشد به سلول ها
- …
پس از تهیه جوهر زیستی می بایست اقدام به آماده سازی کاغذ زیستی مناسب نموده و کار چاپ سلول ها را با استفاده از بایوپرینترها انجام داد. انتخاب این کاغذها بر اساس مجموعه ای از ملاک های اساسی صورت می پذیرد که برخی از مهم ترین آن ها به قرار زیرند:
- بهره مندی از قابلیت فرایند پذیری
- مشابهت به ماتریکس خارج سلولی
- فراهم سازی امکان جوش خوردن بافت ها و توده های سلولی
- برخورداری از قابلیت حفظ شکل
- آب دوستی
- زیست تجدید پذیری
- …
