تحول در پزشکی بازساختی با چاپ درون‌تنی
روش‌های سنتی مهندسی بافت معمولاً بر ساخت داربست در خارج از بدن و سپس کاشت آن با جراحی‌های تهاجمی تکیه دارند. این فرآیندها خطراتی مانند عفونت، آسیب به بافت‌های مجاور و عدم تطابق دقیق هندسی با محل آسیب را افزایش می‌دهند. گروهی از محققان دانشگاه UCL لندن و دانشگاه پادوا (Padua) ایتالیا راهکاری نوآورانه برای این چالش ارائه کردند. آن‌ها سامانه‌ای برای چاپ زیستی درون ارگانی توسعه دادند که آسیب و درد بیمار را به حداقل می‌رساند.
در این فناوری، محققان داربست‌های زیستی سه‌بعدی را مستقیماً در محل آسیب درون بافت‌های زنده‌ای چون پوست، مغز و ماهیچه چاپ کردند. این فرآیند بدون وارد کردن هیچ‌گونه صدمه به بافت‌های پیرامونی انجام گرفت.
طراحی جوهر زیستی حساس به نور فروسرخ
پژوهشگران برای تحقق چاپ درون بافتی، ماده حساس به نور کومارین (Coumarin) را به کار گرفتند. آن‌ها با اتصال شیمیایی کومارین به پلیمرهای پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) یا ژلاتین، جوهر زیستی نهایی را سنتز کردند.
این جوهر زیستی ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد:
- کراس‌لینک با تحریک دو فوتونی: تابش میکروسکوپ چندفوتونی با طول موج‌های نزدیک به فروسرخ (۷۰۰ تا ۸۵۰ نانومتر) واکنش افزایش حلقه (Cycloaddition) را در کومارین فعال می‌کند و جوهر مایع را فوراً به هیدروژل پایدار تبدیل می‌سازد.
- دقت میکرومتری: نور فروسرخ نزدیک، به دلیل طول موج بلند، نفوذ بالایی در عمق بافت دارد و امکان چاپ لایه به لایه را با دقت میکرومتر فراهم می‌کند.
- تنظیم استحکام مکانیکی: پزشک می‌تواند با تغییر شدت نور تابانده‌شده، سختی و خواص مکانیکی داربست چاپ‌شده را مطابق با ویژگی‌های مکانیکی بافت میزبان تنظیم کند.
زیست‌سازگاری و بقای بالای سلول‌ها
آزمایش‌های درون‌کشتگاهی نشان دادند سلول‌های بنیادی رویانی، سلول‌های بنیادی عصبی و سلول‌های اندوتلیال به خوبی به این هیدروژل متصل می‌شوند و رشد می‌کنند. همچنین بررسی سلول‌های کپسوله‌شده در ساختار هیدروژل، بقای طولانی‌مدت آن‌ها را اثبات کرد.
پژوهشگران دریافتند که حفظ قدرت لیزر زیر توان ۱ میلی‌وات، از هرگونه آسیب حرارتی یا سمیت نوری به سلول‌ها جلوگیری می‌کند و محیطی امن برای بازسازی زیستی به وجود می‌آورد.
فرآیند چاپ در لایه‌های عمیق بافت
محققان ابتدا سلول‌های هدف متناسب با هر عضو را با جوهر زیستی مایع مخلوط کردند. سپس مخلوط به دست آمده را با یک سرنگ ساده به محل آسیب در بدن تزریق نمودند. در گام بعد، پرتوهای نور نزدیک فروسرخ را از بیرون پوست به محل تزریق تاباندند.
این نور بدون ایجاد برش جراحی از پوست عبور کرد و جوهر زیستی را به صورت لایه به لایه درون ارگان پلیمریزه ساخت. پژوهشگران ساختارهای سه‌بعدی پایداری را در لایه درم پوست ایجاد کردند و سپس همین فرآیند را برای ترمیم بافت‌های پیچیده عضلانی و سیستم عصبی با موفقیت تکرار نمودند.
مزایای بالینی و چشم‌انداز آینده
فناوری چاپ زیستی درون ارگانی خطرات و عوارض پیوند خارجی را کاملاً حذف می‌کند. این روش زمان درمان و هزینه‌های بستری را کاهش می‌دهد و آسایش و امنیت بیمار را تضمین می‌کند. ادامه این تحقیقات مسیر درمان آسیب‌های غیرقابل جراحی مانند ضایعات مغزی و آسیب‌های عمقی عضلانی را هموار خواهد ساخت.
- ژورنال منبع: Nature Biomedical Engineering (2020)
- شناسه دیجیتال (DOI):
10.1038/s41551-020-0568-z
