چالش بالینی زخم معده و لزوم روش‌های کم‌تهاجمی
زخم معده نزدیک به ۱۲ درصد از جمعیت جهان را درگیر می‌کند. تکثیر باکتری هلیکوباکتر پیلوری سد مخاطی معده را تضعیف می‌کند و اسید ترشح‌شده به بافت آسیب می‌زند. زخم‌های عمیق و درمان‌نشده خطرات جدی مانند خونریزی گوارشی، سوراخ شدن دیواره و نیاز به جراحی باز را به همراه دارند.
روش‌های متداول درمانی اغلب به دارودرمانی طولانی یا جراحی‌های تهاجمی تکیه دارند. این روش‌ها سرعت ترمیم پایینی دارند و لایه‌های تخریب‌شده مخاطی را به طور کامل بازسازی نمی‌کنند.
ربات زیست چاپگر مینیاتوری متصل به اندوسکوپ
پژوهشگران دانشگاه چینهوا (Tsinghua) چین به سرپرستی دکتر تائو شو (Tao Xu)، پلتفرم نوآورانه‌ای برای چاپ زیستی درجا (In situ In vivo Bioprinting) ابداع کردند. این ربات میکرومکانیکی از طریق کانال کاری اندوسکوپ وارد معده می‌شود و بافت آسیب‌دیده را مستقیماً داخل بدن بیمار ترمیم می‌کند. نتایج این تحقیق در ژورنال تخصصی Biofabrication منتشر شد.
تیم پژوهشی از مکانیزم ربات دلتا (Delta Robot) بهره گرفتند. این ساختار شامل یک پایه ثابت و یک پلتفرم متحرک است. سه بازوی مستقل ربات آزادی عمل بالایی در فضای محدود معده ایجاد می‌کنند و نازل پرینت را با دقت میکرومتری روی زخم حرکت می‌دهند. ربات پس از ورود به موضع، از غلاف خود باز می‌شود و تزریق هیدروژل را آغاز می‌کند.
بازسازی دو لایه بافت معده با زیست‌جوهرهای تمایزیافته
پژوهشگران برای شبیه‌سازی معماری طبیعی دیواره معده، یک ساختار بافتی دو لایه را فرموله کردند:
- لایه مخاطی سطحی: زیست‌جوهر ژلاتین-آلژینات حاوی سلول‌های اپیتلیال معده انسان (GES-1) که پوشش مخاطی محافظ را بازسازی می‌کند.
- لایه عضلانی زیرین: زیست‌جوهر مشابه حاوی سلول‌های عضله صاف معده انسان (HGSMC) که استحکام مکانیکی و انقباضی دیواره را تأمین می‌سازد.
نازل ربات این دو لایه را به ترتیب و با ضخامت دقیق روی بستر زخم می‌نشاند.
شبیه‌سازی آزمایشگاهی و ارزیابی زنده‌مانی سلولی
تیم تحقیق داده‌های تصویربرداری سی‌تی اسکن معده انسان را با نرم‌افزار Materialise Mimics استخراج کردند. سپس یک ماکت شفاف و آناتومیک از معده را با استریولیتوگرافی (SLA) ساختند و مسیر ورود اندوسکوپ را شبیه‌سازی کردند.
یافته‌های آزمون‌های زیستی نشان داد:
- سلول‌ها پس از ۱۰ روز کشت آزمایشگاهی نرخ زنده‌مانی بالای ۹۰ درصد را حفظ کردند.
- سلول‌های اپیتلیال و عضلانی تکثیر مداوم و کارکرد بیولوژیکی مناسب نشان دادند.
- داربست پرینت‌شده انعطاف و استحکام مکانیکی لازم را در برابر فشارهای حرکتی معده ثبت کرد.
این دستاورد نخستین گام عملی در جهت ورود چاپگرهای زیستی به جراحی‌های کم‌تهاجمی داخل بدن به شمار می‌رود.
منابع:
Zhao W, Xu T. Preliminary engineering for in situ in vivo bioprinting: a novel micro bioprinting platform for in situ in vivo bioprinting at a gastric wound site. Biofabrication. 2020;12(4):045020.
3DPrint.com: Robotic Bioprinting Platform Can Cure Gastric Wounds From Inside the Body