ساخت بافت کبد با چاپ زیستی سه بعدی
پژوهشگران برزیلی در دانشگاه سائوپائولو (USP) با همکاری مرکز تحقیقات ژنوم و سلول‌های بنیادی به موفقیتی چشمگیر دست یافتند. این تیم توانست بافت عملکردی کبد را در آزمایشگاه و ظرف مدت ۹۰ روز تولید کند. دانشمندان امیدوارند این فناوری نوآورانه در آینده نزدیک به عنوان جایگزین مطمئن برای عمل‌های پیوند عضو استفاده شود.
ساخت بافت کبد با چاپ زیستی سه بعدی
نوآوری اصلی؛ چاپ کبد با خوشه‌های سلولی (Spheroids)
یکی از بزرگ‌ترین موانع در چاپ بافت‌های زنده، قطع اتصال و ارتباط فیزیکی سلول‌ها است. در روش‌های متداول، محققان سلول‌ها را به‌صورت تک‌به‌تک و منفرد درون ژل زیستی پراکنده می‌کردند. این پراکندگی نامناسب، تماس سلول با سلول را به‌شدت کاهش می‌داد و کارایی بافت را خیلی زود از بین می‌برد.
تیم برزیلی برای حل این چالش، فرمولاسیون جوهر زیستی را تغییر دادند. آن‌ها به جای سلول‌های مجزا، از ریزتوده‌ها و خوشه‌های سلولی به نام اسفروئید (Spheroid) استفاده کردند. این اسفروئیدها تماس طبیعی بین سلول‌ها را حفظ می‌کنند و طول عمر و عملکرد زیستی بافت کبد چاپ‌شده را به میزان چشمگیری بالا می‌برند.
مراحل ساخت کبد مینیاتوری از نمونه خون داوطلبان
فرایند ساخت این بافت زنده طی مراحل زیر انجام شد:
- جمع‌آوری نمونه و بازبرنامه‌ریزی: پژوهشگران ابتدا سلول‌های خونی را از سه داوطلب دریافت کردند. سپس با مهندسی ژنتیک، آن‌ها را به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSC) تغییر دادند.
- تشکیل اسفروئید و تمایز سلولی: دانشمندان با سیستم‌های همزن زیستی، سلول‌های بنیادی را به توده‌های کروی تبدیل کردند. سپس به کمک فاکتورهای رشد اختصاصی، این سلول‌ها را به سلول‌های بافت کبدی (هپاتوسیت) تمایز دادند.
- ترکیب با هیدروژل و چاپ زیستی: تیم تحقیق، اسفروئیدهای تمایزیافته را با جوهر زیستی ترکیب کرده و بافت کبد را پرینت کردند.
- بلوغ بافتی در کشت ۱۸ روزه: بافت‌های پرینت‌شده طی ۱۸ روز کشت درون انکوباتور به بلوغ نهایی رسیدند و ترشح پروتئین‌ها را آغاز کردند.
پایداری عملکرد کبد چاپ‌شده
آزمایش‌های تکمیلی نشان دادند که این بافت‌های مینیاتوری مارکرهای حیاتی کبد مانند ترشح آلبومین و ذخیره گلیکوژن را بدون افت عملکرد حفظ می‌کنند. این روش در مقایسه با بافت‌های تک‌سلولی سنتی، شباهت بسیار بیشتری به کبد واقعی انسان دارد.
محققان کل زمان لازم از دریافت نمونه خون بیمار تا تولید یک بافت کامل کبدی را ۹۰ روز ارزیابی کردند. اگرچه این مطالعه روی نمونه‌های مینیاتوری کبد انجام شد، اما مسیر را برای ساخت ارگان‌های بزرگ‌تر و بافت‌های پیچیده دیگر هموار می‌کند.
کاربردهای کلیدی این دستاورد در پزشکی
- پیوند بافت بدون رد ایمنی: استفاده از خون خود بیمار نیاز به داروهای تضعیف سیستم ایمنی را برطرف می‌سازد.
- آزمون‌های سمیت دارویی: شرکت‌های داروسازی می‌توانند داروها را روی بافت زنده کبد انسان بدون نیاز به تست حیوانی ارزیابی کنند.
- مدل‌سازی بیماری‌های ژنتیکی کبد: پزشکان می‌توانند نحوه پیشرفت هپاتیت یا کبد چرب را روی این مدل‌های آزمایشگاهی بررسی کنند.
منابع