علی خادم‌حسینی پژوهشگر ارشد دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس موفق به ابداع یک زیست‌چاپگر 3 بعدی برای چاپ بافت مصنوعی شده است که دارای دو ویژگی کلیدی است.
به گزارش آردی نیوز، محققان دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس در حرکتی که می‌تواند روزی به پیوند اندام مصنوعی و درمان‌های پیشرفته بازسازی بافت منجر شود، به رهبری علی خادم حسینی، مهندس زیست‌پزشکی این دانشگاه، یک تکنیک جدید برای چاپ بافت‌های پیچیده بیولوژیکی با استفاده از مواد مختلف را توسعه داده‌اند.
علی خادم‌حسینی محقق دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس(UCLA) یک زیست‌چاپگر 3 بعدی ابداع کرده که دارای دو ویژگی مهم است. این چاپگر یک تراشه سفارشی میکروسیال و یک میکروآینه(آینه میکروسکوپی) دیجیتالی دارد.
با استفاده از یک چاپگر 3 بعدی که به طور مخصوص تنظیم شده، وعده داده می‌شود که یک روز اندام مورد نیاز درمانی را بر اساس تقاضا ایجاد کند.
پیوند عضو و دیگر درمان‌های بافت پیشرفته با چالش‌های پیچیده‌ای مواجه است، چرا که تعداد محدودی اهداکننده عضو یا منابع دیگر زیست‌مواد وجود دارد و حتی در بهترین حالت نیز اندام‌ها و بافت‌ها هرگز کاملا با گیرنده سازگار نیستند و ممکن است مناسب نباشند.
ایده‌آل مهندسان زیستی این است که از منابع متعارف تامین عضو دور بمانند و اندام‌ها و بافت‌ها را در آزمایشگاه رشد دهند. این کار نه تنها برای جامعه پزشکی، مواد سالم و استریل را به صورت عرضه نامحدود فراهم می‌کند، بلکه به پزشکان و جراحان اجازه می‌دهد مشخصات مواد زیستی را به آنها اضافه کنند.
مشکل این است که بافت زنده با انواع مختلفی از سلول‌ها، عروق خونی، اعصاب و ساختارهای مکانیکی فوق‌العاده پیچیده همراه است. اگر سعی کنید یک قلب را در آزمایشگاه با مخلوط کردن مقداری از سلول‌های عضلانی قلب و مواد مغذی رشد دهید، نتیجه یک توده از سلول خواهد شد که به زودی تخریب می‌شوند.
روش جایگزین این است که یک داربست(شبکه) از مواد سازگار با محیط‌زیست مانند “هیدروژل پلی (اتیلن گلیکول) دی‌کریلات”(PEGDA) و “ژلاتین متاکریلویل”(GelMA) ایجاد کنید. این شبکه که ساختار بافت زنده را شبیه‌سازی می‌کند، مانند غضروف در بدن نوزاد عمل می‌کند. هنگامی که نوزاد به دنیا می‌آید، بیشتر اسکلت نوزاد متشکل از غضروف است که همراه با رشد و بلوغ نوزاد، با بافت استخوانی جایگزین می‌شود.
در بافت مصنوعی، سلول‌های بنیادی به گونه‌ای تعریف می‌شوند که در داربست‌های ساخته شده رشد می‌کنند و جایگزین می‌شوند.
یک روش برای ایجاد این داربست‌ها “استریولیتوگرافی”(stereolithography) نامیده می‌شود که یک فرایند مبتنی بر نور است که در آن هیدروژل با سلول‌های بنیادی مخلوط شده و یک چاپگر 3 بعدی با یک پرتو نور باعث ایجاد مولکول‌ها و ایجاد سختی در ژل می‌شود.
زیست‌چاپگر طراحی شده توسط علی خادم‌حسینی مبتنی بر این تکنیک است، اما همچنین شامل یک تراشه “میکروسیال”(microfluidic) سفارشی است.
این زیست‌چاپگر دارای ورودی‌های چندگانه است، بنابراین می‌تواند با بیش از یک ماده حاوی سلول در یک زمان چاپ کند.
این چاپگر همچنین دارای یک آینه میکروسکوپی دیجیتالی ساخته شده از مجموعه‌ای از یک میلیون آینه است که مستقل از یکدیگر حرکت می‌کنند.
طبق گفته دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس، در این آینه‌های خودکار یک الگو برای هر لایه که در حال چاپ است و در حالی که نور، ژل را شکل می‌دهد، ایجاد شده است. در حال حاضر، چاپگر از چهار “جوهر زیستی” استفاده می‌کند، اما این تعداد را می‌توان گسترش داد.
تاکنون، این چاپگر برای ایجاد اشکال ساده، شبیه‌سازی 3 بعدی بافت عضلانی و بافت‌های هم‌بندی عضله با اسکلت و همچنین تومورهای جعلی همراه با عروق خونی استفاده شده است. علاوه بر این، بافت‌های تولید شده در بدن موش‌ها کار گذاشته شده و بدن موش آنها را پس نزده است.
خادم‌حسینی می‌گوید: بافت‌ها ساختارهای پیچیده‌ای هستند، بنابراین برای ساخت نسخه‌های مصنوعی از آنها که به درستی عمل کنند، ما باید پیچیدگی‌های آنها را دوباره ترسیم کنیم. رویکرد جدید ما راهی برای ساخت ساختارهای زیست‌سازگار ساخته شده از مواد مختلف است.
این تحقیق که توسط اداره تحقیقات دریایی و موسسه ملی بهداشت تامین شده، در مجله Advanced Materialsمنتشر شده است.