در حوزه مهندسی بافت و پرینت سه‌بعدی، شبیه‌سازی دقیق بافت‌های طبیعی بدن بزرگ‌ترین چالش محسوب می‌شود. اگرچه پرینت سه‌بعدی به عنوان جایگزینی قدرتمند برای ساخت بافت‌ها در شرایط آزمایشگاهی شناخته می‌شود، اما ایجاد ساختار غیریکنواخت سلولی همچنان دشوار است. در همین راستا، تکنیک جدید جهت‌دهی سلول با امواج صوتی نویدبخشِ دستیابی به خواص مکانیکی و عملکردیِ کاملاً مشابه با بافت طبیعی است.
محدودیت توزیع یکنواخت در جوهر زیستی
به‌طور معمول، سلول‌ها در جوهر زیستی به‌صورت کاملاً یکنواخت پخش می‌شوند. این در حالی است که بافت‌های بدن انسان دارای ساختار سلولیِ جهت‌دار هستند. برای دسترسی به کارکرد بیولوژیکی مطلوب، گام نخست در مهندسی بافت، انتقال از توزیع همگن به الگوی سلولیِ سازمان‌یافته است.
فناوری SBAW و مکانیسم آن در پرینت زیستی
محققان آمریکایی با استفاده از امواج ایستای حجمی مافوق صوت (SBAW)، روشی را ابداع کرده‌اند که بدون آسیب به سلول‌ها، آن‌ها را درون جوهر زیستی با ویسکوزیته بالا مرتب می‌کند.
این تکنولوژی با بهره‌گیری از مدل‌های محاسباتی، پاسخ سلول‌ها به فرکانس‌های مختلف (۰.۷۱ تا ۲ مگاهرتز) را پیش‌بینی می‌کند. با نصب یک ماژول پرینتر زیستی که قادر به اعمال این امواج صوتی است، می‌توان جهت‌گیری سلول‌ها را در حین فرایند پرینت کنترل کرد.
نتایج پژوهش روی سلول‌های انسانی
در این مطالعه، عملکرد دو نوع سلول مورد بررسی قرار گرفت:
- سلول‌های بنیادی مشتق از بافت چربی (hASC)
- سلول‌های استئوسارکومای انسانی (MG63)
نتایج نشان داد که جهت‌دهی سلول با امواج صوتی منجر به ایجاد رشته‌های موازی با صفحات مبدل می‌شود. جالب توجه است که فاصله بین این رشته‌های سلولی تابعی مستقیم از فرکانس اعمال شده است و ضخامت آن‌ها تحت تأثیر نوع سلول و شدت فرکانس تغییر می‌کند.
آینده سازه‌های زیست‌مقلد با چاپگر زیستی
به‌عنوان نمونه‌ای از توانمندی این روش، محققان یک ساختار سه لایه از هیدروژل ژلما را طراحی کردند که در هر لایه، جهت‌گیری سلول‌ها به‌صورت متفاوت (۰، ۴۵ و ۹۰ درجه) تنظیم شده بود.
این پیشرفتِ تکنولوژیک، به یک چاپگر زیستی مدرن اجازه می‌دهد تا سازه‌هایی با دقت میکرونی تولید کند که در پزشکی بازساختی و دارورسانی هدفمند، کاربردی حیاتی دارند. با تلفیق این دانش، ما یک گام بلند به سمت تولید بافت‌های کاملاً زیست‌مقلد نزدیک‌تر شده‌ایم.
