ساخت مدل آزمایشگاهی بافت کبد با پرینت زیستی سه‌بعدی پوسته-هسته
کبد بزرگ‌ترین اندام داخلی بدن است. این اندام نقشی حیاتی در گوارش، متابولیسم داروها و سم‌زدایی ایفا می‌کند. لوبول‌ها واحدهای عملکردی اصلی کبد هستند. هر لوبول چهار سامانه بافتی دارد: سلول‌های پارانشیمی (هپاتوسیت‌ها)، سلول‌های غیرپارانشیمی (مانند اندوتلیال و اپیتلیال)، شبکه عروقی مویرگی و مجاری صفراوی. در مهندسی بافت کبد، علاوه بر انتخاب زیست‌ماده مناسب، تقلید دقیق از معماری فضایی میکرواندام‌ها اهمیت بالایی دارد.
پرینت زیستی بافت کبد
چالش‌های پایداری هپاتوسیت‌ها در شرایط برون‌تنی
حفظ عملکرد و زنده‌مانی طولانی‌مدت سلول‌های کبدی در سازه‌های آزمایشگاهی چالشی اساسی است. هپاتوسیت‌ها بدون برهم‌کنش مستقیم با سایر سلول‌ها و ماتریکس خارج سلولی، عملکرد متابولیک خود را سریعاً از دست می‌دهند. همچنین تعبیه کانال‌های عروقی و صفراوی درون سازه، برای تغذیه و بقای سلول‌ها حیاتی است. پرینت زیستی سه‌بعدی اکستروژنی پاسخی دقیق به این نیاز ساختاری ارائه می‌دهد.
فناوری پرینت کواکسیال پوسته-هسته (Core-Shell)
استفاده از نازل‌های هم‌محور (کواکسیال) کنترل فضایی سلول‌های مختلف را ممکن می‌سازد. در این فناوری، دو جوهر زیستی مجزا به‌صورت همزمان اکسترود می‌شوند:
- بخش هسته (Core): حاوی سلول‌های پارانشیمی کبد (HepG2) برای بازسازی عملکردهای متابولیکی.
- بخش پوسته (Shell): حاوی سلول‌های پشتیبان فیبروبلاست (NIH 3T3) برای ایجاد ریزمحیط حمایتی و القای اتصالات سلولی.
این ساختار لوله‌ای، بستر مناسبی برای ادغام شبکه‌های کانالی مشابه عروق طبیعی در مراحل بعدی فراهم می‌کند.
ترکیب جوهر زیستی و روش ساخت
پژوهشگران در این مطالعه از ترکیب پلیمری بهینه‌شده استفاده کردند:
- فرمولاسیون هیدروژل: ۳ درصد آلژینات سدیم و ۹ درصد متیل‌سلولز همراه با ماتریکس فعال زیستی ماتریژل (Matrigel).
- دستگاه پرینت: سامانه پنوماتیک پیشرفته (BioScaffolder 3.1 ساخت GeSiM).
- الگوی هندسی: چیدمان لایه‌به‌لایه متقاطع با زاویه ۹۰ درجه برای حفظ تخلخل و یکپارچگی مکانیکی.
این جوهر بدون افت شکل ساختاری، بستر بسیار مطلوبی برای تنفس و تکثیر سلول‌ها ایجاد کرد.
بهبود زنده‌مانی و تشکیل خوشه‌های سلولی
کشت همزمان هپاتوسیت‌ها و فیبروبلاست‌ها در ساختار پوسته-هسته، تشکیل خوشه‌های متراکم سلولی (اسفروئیدهای کبدی) را تقویت کرد. حضور ماتریژل و سلول‌های پشتیبان در لایه پوسته، ترشح آلبومین و فعالیت آنزیم‌های متابولیک کبد را در مقایسه با کشت‌های تک‌سلولی سنتی به طور چشمگیری افزایش داد.
چشم‌انداز
تلفیق پرینت زیستی کواکسیال با جوهرهای ترکیبی آلژینات-متیل‌سلولز، مدلی کارآمد برای ساخت ریزبافت‌های کبدی ارائه می‌دهد. گام بعدی این پژوهش، ادغام سلول‌های اندوتلیال در لایه خارجی برای ایجاد شبکه‌های رگزایی کامل و آزمایش‌های دقیق سمیت دارویی است.
منبع
Taymour, R., Kilian, D., Ahlfeld, T., Gelinsky, M., & Lode, A., 2021. 3D bioprinting of hepatocytes: core–shell structured co-cultures with fibroblasts for enhanced functionality. Scientific Reports, 11(1), pp. 1-8.
