چالش گرانش زمین در چاپ زیستی سه بعدی در فضا و زیست‌سازگار
ساخت بافت‌های نرم و پیچیده انسانی مانند عروق، بافت‌های قلبی و غضروف‌ها روی زمین همواره با موانع فیزیکی متعددی روبه‌رو است. جوهرهای زیستی با خواص بیولوژیکی ایده‌آل و تراکم سلولی بالا معمولاً گرانروی پایینی دارند. این مواد مایع‌مانند روی زمین به دلیل نیروی جاذبه و وزن لایه‌های بالایی، بلافاصله پس از خروج از نازل فرومی‌ریزند و ساختار هندسی خود را از دست می‌دهند.
پژوهشگران برای حل این چالش روی زمین از غلظت‌دهنده‌های سنتزی یا داربست‌های سخت کمکی استفاده می‌کنند. این مواد جانبی اغلب فعالیت زیستی سلول‌ها را کاهش می‌دهند و مانع از تشکیل ماتریس طبیعی بافت می‌شوند. انتقال فرایند ساخت به شرایط ریزگرانش (Microgravity)، نیاز به این ترکیبات کمکی را به کلی برطرف می‌سازد.
چاپ زیستی سه بعدی در فضا
همکاری مشترک و مأموریت پایگاه فضایی بین‌المللی
بنیاد ژنو (The Geneva Foundation) با همکاری دانشگاه علوم پزشکی خدمات نظامی آمریکا (Uniformed Services University) و شرکت پیشگام تک‌شات (Techshot)، پروژه‌ای تاریخی را رقم زدند. این مأموریت تحت حمایت مالی برنامه تحقیقاتی دفاعی 4D Bio3 متعلق به وزارت دفاع ایالات متحده انجام گرفت.
فضانوردان مستقر در آزمایشگاه ملی پایگاه فضایی، سامانه چاپگر زیستی پیشرفته شرکت Techshot موسوم به BFF (BioFabrication Facility) را راه‌اندازی کردند. این سامانه، اولین چاپگر زیستی سه‌بعدی جهان با قابلیت کارکرد دقیق در شرایط بی‌وزنی مدار زمین است.
دستاورد کلیدی: چاپ منیسک زانوی انسان در مدار زمین
آسیب دیدگی منیسک زانو یکی از رایج‌ترین صدمات ارتوپدی در پرسنل نظامی و ورزشکاران حرفه‌ای است. درمان‌های مرسوم این عارضه اغلب به جراحی‌های ترمیمی محدود یا تعویض مفصل منتهی می‌شوند. تیم تحقیقاتی در این پروژه، ساخت کامل منیسک زانوی انسانی را به عنوان اولین هدف آزمایشی با موفقیت در فضا پیاده‌سازی کرد.
مزایای ساختار چاپ‌شده در شرایط بی‌وزنی عبارتند از:
- حفظ هندسه دقیق بدون افتادگی: ژل‌های فوق‌نرم حاوی سلول‌های غضروفی تا زمان تکمیل فرایند اتصال عرضی (Cross-linking)، فرم هندسی سه‌بعدی خود را بدون کمترین دفرمه‌شدن حفظ کردند.
- تراکم سلولی بهینه: نبود تنش‌های مکانیکی ناشی از وزن، بستر مناسبی برای توزیع یکنواخت و تراکم بالای سلول‌های زنده ایجاد کرد.
- یکنواختی در اتصال عرضی: فرآیند پلیمریزاسیون نوری و شیمیایی در فضا بدون ته‌نشینی ذرات یا ناهمگونی فازی رخ داد.
چشم‌انداز آینده: تولید اعضای کامل پیوندی در مدار زمین
موفقیت در چاپ منیسک زانو در مدار زمین، مسیر تولید سایر بافت‌های نرم حیاتی مانند پچ‌های عضلانی قلب و مجاری تنفسی را باز کرد. پژوهشگران قصد دارند نمونه‌های چاپ‌شده در مدار را پس از تثبیت و رشد اولیه در زیست‌راکتورهای فضایی، برای ارزیابی‌های پیش‌بالینی به زمین بازگردانند.
فناوری چاپ زیستی فضایی در بلندمدت کمبود اعضای اهدایی پیوندی را برطرف خواهد کرد و امکان تولید سفارشی اندام‌های کامل انسانی را در کارخانه‌های مداری آینده میسر می‌سازد.
- حامیان و مجریان طرح: بنیاد ژنو (Geneva Foundation)، دانشگاه USU و شرکت Techshot
- برنامه مادر: 4D Bio3 (برنامه تحقیقاتی سلامت دفاعی ایالات متحده)
- سامانه پرینت: پلتفرم فضایی BioFabrication Facility (BFF)
- منبع گزارش چاپ زیستی سه بعدی در فضا: PRWeb / Techshot Newsroom