گذر از محدودیت‌های جراحی در مهندسی بافت
تاکنون چاپ زیستی درون‌تنی تنها به دو شیوه امکان‌پذیر بود: جراحی‌های باز یا چاپ درجا (In situ) روی زخم‌های سطحی مانند سوختگی‌های پوستی. با این حال، دسترسی به بافت‌های زیرپوستی و اندام‌های داخلی همواره نیازمند برش‌های جراحی تهاجمی بود. محققان در پژوهشی پیشگام، روشی کاملاً نوین برای چاپ زیستی درون بدنی غیرتهاجمی ابداع کردند که ساخت سازه‌های زیستی سه‌بعدی را بدون ایجاد هیچ‌گونه برش پوستی ممکن می‌سازد.
در این فناوری، امواج نوری کنترل‌شده از بیرون بدن به محل تزریق مایع زیستی تابانده می‌شوند و داربست زنده را در عمق بافت شکل می‌دهند.
چاپ زیستی درون بدنی غیرتهاجمی
سازوکار سامانه نوری و الگوبرداری دیجیتال
این سامانه پیشرفته بر پایه تلفیق طراحی رایانه‌ای (CAD)، پلیمریزاسیون نوری و پرتوهای نزدیک به مادون قرمز (NIR) کار می‌کند. نفوذ عمیق نور NIR در بافت‌های زیستی، امکان عبور بی‌خطر پرتوها را از لایه‌های پوستی فراهم می‌آورد.
مراحل عملکرد این سامانه عبارتند از:
- طراحی مدل سه‌بعدی: ساختار بافت هدف بر اساس داده‌های پزشکی در نرم‌افزار CAD مدل‌سازی و به لایه‌های دو‌بعدی برش زده می‌شود.
- الگودهی پویا با DMD: دستگاه دیجیتالی میکروآینه (Digital Micromirror Device یا DMD)، پرتوهای نزدیک فروسرخ را به‌صورت الگوهای دقیق نوری بازتاب می‌دهد.
- پلیمریزاسیون انتخابی لایه‌به‌لایه: پزشک زیست‌جوهر مایع شامل هیدروژل ژلاتین متاکریلات (GelMA) و سلول‌های زنده را به زیر پوست تزریق می‌کند. سپس تابش امواج الگودار در فواصل زمانی دقیق، جوهر را در موقعیت‌های مکانی مشخص به ژل سه‌بعدی جامد تبدیل می‌سازد.
چاپ سازه سفارشی گوش و ترمیم ضایعات عضلانی
پژوهشگران برای ارزیابی کارایی این سیستم، ساختارهای پیچیده‌ای را در بدن مدل‌های حیوانی چاپ کردند:
- چاپ غضروف گوش بدون جراحی: محققان یک سازه زنده با هندسه سه‌بعدی و شخصی‌سازی‌شده از بافت گوش را مستقیماً در زیر پوست موش ساختند. این ساختار بدون آسیب به لایه‌های سطحی پوست شکل گرفت و سلول‌ها حیات خود را حفظ کردند.
- ترمیم نقایص عضلانی: این فناوری برای بازسازی بافت‌های عضلانی آسیب‌دیده نیز به کار رفت و نتایج موفقیت‌آمیزی در بازیابی ساختار عضله نشان داد.
مزایا و چشم‌انداز بالینی
چاپ زیستی غیرتهاجمی نیاز به جراحی‌های پرخطر، بیهوشی طولانی‌مدت و دوران نقاهت دشوار را حذف می‌کند. این رویکرد خطر عفونت بیمارستانی را به صفر می‌رساند و زیبایی ظاهری بافت‌ها را حفظ می‌نماید. با گسترش این پلتفرم در آینده، درمان نقص‌های مادرزادی، ضایعات تروماتیک و بازسازی بافت‌های نرم با سرعت و ایمنی بسیار بالاتری انجام خواهد شد.
- ژورنال منبع: Science Advances (2020)
- شناسه دیجیتال (DOI): 10.1126/sciadv.aba7406