پرینت سه بعدی بافت استخوان با جوهر سرامیکی در حضور سلول‌های زنده
شبیه‌سازی معماری پیچیده استخوان همواره یکی از چالش‌های بنیادین در مهندسی بافت و خدمات چاپ زیستی بوده است. پژوهشگران دانشگاه «نیو ساوت ولز» (UNSW Sydney) جوهر سرامیکی نوآورانه‌ای توسعه دادند. این جوهر در دمای اتاق، درون محیط حاوی سلول‌های زنده و بدون تابش اشعه یا مواد شیمیایی سخت می‌شود.
پرینت سه بعدی بافت استخوان
فناوری پرینت همه‌جهته در سوسپانسیون سلولی (COBICS)
تیم تحقیقاتی به رهبری دکتر کریستوفر کیلیان و دکتر ایمان روحانی، این روش را ابداع کردند:
- بستر حمام هیدروژلی: جوهر کلسیم فسفات مستقیماً درون یک حمام میکروژل حاوی سلول‌های زنده پرینت می‌شود.
- گیرش سریع و طبیعی: جوهر زیستی پس از تماس با محیط آبی یا مایعات بدن، ظرف ۵ تا ۱۰ دقیقه سخت می‌شود.
- تبلور درجا: ذرات سرامیکی در محل اکستروژن، نانوکریستال‌های متراکمی تشکیل می‌دهند.
- حفظ بقای سلولی: سلول‌های زنده بدون آسیب در ماتریس باقی می‌مانند و سپس روی داربست مهاجرت و رشد می‌کنند.
تمایز با روش‌های سنتی ساخت داربست استخوانی
بیشتر داربست‌های سرامیکی متداول برای تف‌جوشی و استحکام نهایی به کوره‌های حرارتی با دمای بالای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد یا اتصال‌دهنده‌های سمی نیاز دارند. این فرایند امکان حضور همزمان سلول‌ها را از بین می‌برد.
در روش جدید:
- فرایند پخت در دمای اتاق رخ می‌دهد.
- از مواد شیمیایی سمی یا نور UV استفاده نمی‌شود.
- پزشک می‌تواند داربست را به‌صورت درجا (In Situ) مستقیماً داخل نقص استخوانی پرینت کند.
کاربردهای بالینی در ارتوپدی و جراحی فک و صورت
این فناوری مسیر جدیدی برای درمان ضایعات پیچیده استخوانی باز می‌کند:
- ترمیم نقایص ترومایی: بازسازی حفره‌های ناشی از شکستگی‌های شدید و تصادفات.
- درمان عوارض انکولوژی: پر کردن حفرات استخوانی پس از تخلیه تومورهای سرطانی.
- هم‌زیستی با بافت نرم: تزریق مستقیم ساختار استخوانی در مجاورت عروق خونی، بافت چربی و عضلات بدون آسیب به آن‌ها.
گام بعدی پژوهش
محققان در فاز بعدی، ارزیابی داربست‌های پرینت‌شده را در مدل‌های حیوانی (In Vivo) آغاز می‌کنند تا نرخ رشد استخوان جدید و یکپارچگی زیستی داربست را در بافت زنده بسنجند.
منبع پرینت سه بعدی بافت استخوان
Romanazzo, S., Molley, T.G., Nemec, S., et al., 2021. Synthetic bone-like structures through omnidirectional ceramic bioprinting in cell suspensions. Advanced Functional Materials, doi:10.1002/adfm.202008216.