پرینت زیستی اسفروئید کبد؛ جهش در مدلسازی دارویی
پژوهشگران در مطالعات دارویی و پزشکی بازساختی همواره به مدل‌های سه‌بعدی کارآمد کبد نیاز دارند. این مدل‌ها رفتار کبد انسان را در آزمایشگاه با دقت بازسازی می‌کنند. روش‌های سنتی چاپ زیستی اغلب محدودیت دارند. این روش‌ها نمی‌توانند ریزبافت‌هایی با ساختار سلولی مشابه کبد طبیعی بسازند.

محققان در سال‌های اخیر انواع تجمع‌های سلولی مانند اسفروئیدها و ارگانوئیدها را گسترش دادند. این ساختارها قطری بین ۳۰۰ تا ۶۰۰ میکرومتر دارند. این اندازه کوچک، امکان تزریق مستقیم آن‌ها را به بدن فراهم می‌آورد. همچنین نسبت بالای سطح به حجم، زنده‌مانی سلول‌ها را در کشت‌های طولانی حفظ می‌کند. با این حال، بیشتر روش‌های پیشین تنها یک نوع سلول یا مخلوطی تصادفی از سلول‌ها را بدون هیچ الگوی مشخصی در کنار هم قرار می‌دادند.

پرینت زیستی اسفروئید کبد

ترکیب هوشمندانه پرینت زیستی و امولسیون میکروسیال

دانشمندان کره‌ای راهکاری نوآورانه طراحی کردند. آن‌ها دو فناوری پرینت زیستی سه‌بعدی و امولسیون میکروسیال را با یکدیگر ترکیب کردند. این روش اسفروئیدهایی با اندازه کاملاً یکنواخت و ساختار مشابه لوبول کبد می‌سازد.

اجزای اصلی این سامانه شامل دو بخش محوری است:

• کارتریج پیش‌ساز چندبخشی: این کارتریج مقطع عرضی لوبول کبد را بازسازی می‌کند. ساختار داخلی کارتریج، جوهرهای زیستی را از هم جدا نگه می‌دارد. ویسکوزیته مناسب جوهرها نیز مانع از اختلاط فازها در حین خروج می‌شود. بنابراین ساختار هندسی سلول‌ها بدون تغییر شکل باقی می‌ماند.
• نازل هم‌محور (Coaxial Nozzle): نازل داخلی به کارتریج حامل جوهر متصل است. نازل خارجی نیز سیال آب‌گریز را هدایت می‌کند. تنش برشی ناشی از سیال آب‌گریز، جریان جوهر را به قطراتی کروی و یک‌دست تبدیل می‌کند. محققان قطر قطرات را با تنظیم جریان سیال و قطر نازل به طور دقیق کنترل می‌کنند.

معماری سلولی دوگانه در اسفروئید

کارتریج پیش‌ساز محفظه‌ها را به دو بخش عملکردی پارانشیمی و عروقی تقسیم می‌کند:

• بخش پارانشیمی: محققان این بخش را با جوهر زیستی کلاژن حاوی سلول‌های کبدی (هپاتوسیت‌ها) پر می‌کنند.
• بخش عروقی: این کانال‌ها جوهر کلاژن بارگذاری‌شده با سلول‌های اندوتلیال را در بر می‌گیرند.
  این تفکیک هوشمندانه، شبکه مویرگی سینوزوئیدی کبد را در مقیاس میکرونی بازآفرینی می‌کند.

عملکرد زیستی و سرعت تولید خیره‌کننده

این سیستم پرینت زیستی در هر دقیقه ۴۵ اسفروئید یک‌شکل تولید می‌کند. نتایج ارزیابی‌های سلولی برتری چشمگیر این روش را اثبات کرد:

• اسفروئیدهای دارای الگو در کشت طولانی‌مدت، زنده‌مانی بسیار بالاتری ثبت کردند.
• انسجام ساختاری این نمونه‌ها بسیار بیشتر از اسفروئیدهای بدون الگو بود.
• سلول‌ها بیان نشانگرهای کلیدی کبدی نظیر آلبومین، MRP2 و مارکر عروقی CD31 را به میزان چشمگیری افزایش دادند.
  این فناوری نوین مسیر ارزیابی سمیت داروها را کوتاه‌تر می‌کند و گزینه‌ای ایده‌آل برای پیوند سلولی کبد ارائه می‌دهد.

منبع پرینت زیستی اسفروئید کبد

Hong, G., Kim, J., Oh, H., Yun, S., Kim, C.M., Jeong, Y.M., Yun, W.S., Shim, J.H., Jang, I., Kim, C.Y. and Jin, S. (2021). “Production of Multiple Cell‐Laden Microtissue Spheroids with a Biomimetic Hepatic‐Lobule‐Like Structure.” Advanced Materials, 33(38), 2102624.