پرینت زیستی در حین جراحی (IOB)؛ تحولی نوین در بازسازی ضایعات استخوانی جمجمه و فک
ترمیم نقایص بزرگ و با هندسه نامنظم در استخوان‌های جمجمه، فک و صورت (CMF)، یکی از پیچیده‌ترین چالش‌های جراحی ترمیمی و ارتوپدی است. به‌طور معمول، جراحان ناچار به استفاده از داربست‌ها یا ایمپلنت‌های پیش‌ساخته هستند که نیازمند برش و شکل‌دهی دستی حین عمل بوده و اغلب انطباق هندسی کاملی با محل آسیب ایجاد نمی‌کنند.
برای حل این چالش، پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا به رهبری دکتر ابراهیم ازبولات (Ibrahim Ozbolat) رویکرد پیشگامانه‌ای را تحت عنوان «پرینت زیستی در حین جراحی» (Intraoperative Bioprinting یا IOB) توسعه داده‌اند؛ فناوری نوینی که به جراح اجازه می‌دهد جوهر زیستی فعال‌شده با ژن را مستقیماً در حین عمل جراحی به درون موضع ضایعه پرینت کند.
پرینت زیستی ساختارهای استخوانی در حین جراحی
مکانیسم عملکرد: هم‌افزایی پرینت سه‌بعدی و ژن‌درمانی هوشمند
این راهکار تنها یک پرکننده فیزیکی نیست، بلکه یک «سامانه زیست‌فعال رهایش دارو و ژن» به شمار می‌رود. داربست زیستی پرینت‌شده حاوی پلاسمیدهای DNA (حلقه‌های ژنتیکی) دو فاکتور رشد کلیدی است که با سرعت‌های متفاوت رهاسازی می‌شوند تا از آبشار بیوشیمیایی طبیعی بدن حین بازسازی استخوان تقلید کنند:
فاکتور رشد مشتق از پلاکت (PDGF-B):
این ژن به‌صورت پلاسمید آزاد فرموله و در یک بازه زمانی کوتاه (۱۰ روزه) رهایش می‌یابد. وظیفه اصلی آن، تحریک تکثیر سلولی و فراخوانی (مهاجرت) سلول‌های پیش‌ساز و بنیادی مجاور به درون ساختار پرینت‌شده است.
پروتئین مورفوژنتیک استخوان (BMP-2):
ژن تحریک‌کننده استخوان‌سازی (Osteogenesis) به‌منظور پایداری بیشتر، با استفاده از روش ژل یونی پلی‌آنیون تری‌پلی‌فسفات (TPP) درون نانوذرات کیتوسان کپسوله شده است. این ساختار نانویی می‌گذارد پلاسمید BMP-2 به‌طور مستمر و پایدار طی یک بازه طولانی‌مدت ۵ هفته‌ای آزاد شود تا تمایز سلول‌های مهاجرتی به سلول‌های استخوانی را کامل کند.
دکتر ابراهیم ازبولات، مدیر این پژوهش، می‌گوید:
«فاکتورهای رشد برای بازسازی بافت حیاتی هستند. ما با رمزگذاری دو فاکتور مختلف در قالب ژن، ابتدا مهاجرت سلول‌های بنیادی به ناحیه آسیب را هدایت کرده و سپس فرآیند تمایز آن‌ها به استخوان واقعی را فعال می‌کنیم.»
نتایج درخشان ارزیابی درون‌تنی (In Vivo)
بررسی کارایی فناوری IOB در مدل‌های حیوانی (نقص استخوان جمجمه در موش‌ها) کارایی فوق‌العاده این سامانه را به ثابت نمود:
- نرخ ترمیم استخوان: داربست ژن‌فعال چاپ‌شده توانست طی ۶ هفته، پوشش استخوانی موضع نقص را به حدود ۹۰ درصد برساند.
- مقایسه با گروه کنترل: در موش‌های گروه کنترل که هیچ مداخله درمانی دریافت نکرده بودند، میزان بهبودی خودبه‌خودی تنها ۲۵ درصد ثبت شد.
افق‌های آینده در پزشکی ترمیمی
بهره‌گیری از سامانه چاپ مستقیم در اتاق عمل (IOB)، مرزهای پزشکی بازساختی را یک گام به جلو هدایت نمود. تطابق کامل داربست با ابعاد هندسی ضایعه، کاهش چشمگیر زمان عمل، عدم نیاز به دستکاری‌های مکانیکی ایمپلنت و القای بازسازی درون‌زا با حداقل ریسک رد پیوند، فناوری IOB را به گزینه‌ای بی‌بدیل برای جراحی‌های فک و صورت، انکولوژی استخوان و تروماهای شدید تبدیل کرده است.
منبع علمی:
Moncal, K. K., et al. (2022). “Controlled Co-delivery of pPDGF-B and pBMP-2 from intraoperatively bioprinted bone constructs improves the repair of calvarial defects in rats.” Biomaterials, 281, 121333.
