تولید بافت‌های زیست‌مقلد با پرینت زیستی سه بعدی و امواج فراصوت
چاپ زیستی سه بعدی ابزاری قدرتمند در مهندسی بافت است. با این حال، شبیه‌سازی دقیق ساختار بافت‌های طبیعی همچنان چالشی بزرگ محسوب می‌شود. اکثر زیست‌جوهرها سلول‌ها را به‌صورت یکنواخت توزیع می‌کنند، در حالی که بافت‌های بدن ساختاری پیچیده و غیریکنواخت دارند.
پرینت زیستی سه بعدی
فناوری جدید: جهت‌دهی سلولی با امواج فراصوت
محققان آمریکایی روشی جدید برای رفع این محدودیت ابداع کردند. آن‌ها با استفاده از امواج ایستای حجمی مافوق صوت (SBAW)، سلول‌ها را درون زیست‌جوهر جهت‌دهی می‌کنند. این تکنیک، زنده‌مانی سلول‌ها را در زیست‌جوهر‌های ویسکوز به‌خوبی حفظ می‌کند.
- مدل‌سازی محاسباتی: پژوهشگران ابتدا الگوی فشاری امواج را در فرکانس‌های ۰.۷۱ تا ۲ مگاهرتز شبیه‌سازی کردند.
- فرآیند چاپ: داربست‌ها بواسطه ماژول پرینتر زیستی از جنس آلژینات و GelMA تولید شدند.
- کنترل الگو: امواج مافوق صوت، سلول‌ها را در رشته‌هایی موازی با صفحات مبدل صوتی می‌چینند.
نتایج و دستاوردها
نتایج نشان می‌دهد فاصله رشته‌های سلولی مستقیماً به فرکانس امواج بستگی دارد. ضخامت این رشته‌ها نیز تحت تأثیر نوع سلول و فرکانس تغییر می‌کند. محققان برای اثبات کارایی، ساختاری سه‌لایه با جهت‌گیری‌های متفاوت (۰، ۴۵ و ۹۰ درجه) چاپ کردند. این پیشرفت گامی بزرگ برای تولید سازه‌های بافتی زیست‌مقلد با خواص مکانیکی طبیعی است.
بررسی تصویر شماتیک ساختار سه‌لایه
تصویر ۱، شمایی از این فناوری را نشان می‌دهد:
- (a): نمایش جهت‌گیری‌های متفاوت سلول‌ها در هر لایه (۰، ۴۵ و ۹۰ درجه).
- (b): توزیع فشار صوتی در لایه اول که الگوی موازی ایجاد می‌کند.
- (c): مرحله نهایی تابش اشعه UV جهت ایجاد اتصالات عرضی در ساختار پرینت شده.
- (d-e): همپوشانی جهت‌گیری سلول‌ها در ساختار سه‌بعدی نهایی.
منبع
Chansoria, P., & Shirwaiker, R., 2020. 3D bioprinting of anisotropic engineered tissue constructs with ultrasonically induced cell patterning. Additive Manufacturing, 32, 101042.