جهش در ساخت بافت‌های زنده و پرفیوژن‌پذیر با روش SWIFT در چاپ زیستی دانشگاه هاروارد
تولید اندام‌های حیاتی انسان در مقیاس درمانی و پیوندی، مهم‌ترین هدف مهندسی بافت و پزشکی بازساختی است. بافت‌های طبیعی بدن انسان تراکم سلولی بسیار بالایی دارند و میلیاردها سلول را در فضایی فشرده جای می‌دهند. چاپگرهای زیستی معمولی سلول‌ها را درون هیدروژل‌های رقیق مخلوط می‌کنند. این روش به تراکم سلولی بسیار پایینی منجر می‌شود و به همین دلیل عملکرد بافت طبیعی را تقلید نمی‌کند.
از سوی دیگر، بافت‌های متراکم بدون جریان خون و عروق در عرض چند ساعت دچار خفگی و مرگ سلولی (نکروز) می‌شوند. برای حل این دو چالش بنیادین، پژوهشگران مؤسسه ویس (Wyss Institute) در دانشگاه هاروارد یک نوآوری زیستی به نام فناوری SWIFT معرفی کرده‌اند.
روش SWIFT در چاپ زیستی چیست و چگونه کار می‌کند؟
عبارت SWIFT مخفف Sacrificial Writing Into Functional Tissue (نگارش فداشونده درون بافت کاربردی) است. در روش‌های متداول پرینت زیستی سه‌بعدی، دستگاه سلول‌ها را تک‌به‌تک روی سطح می‌نشاند. در روش SWIFT، محققان ابتدا بستر متراکمی از سلول‌ها را می‌سازند و سپس کانال‌های رگ‌ها را درون آن طراحی و تخلیه می‌کنند.
این نوآوری در دو گام کلیدی اجرا می‌شود:
۱. ساخت ماتریس فشرده بلوک‌های ساختمانی اندام (OBBs)
دانشمندان سلول‌های بنیادی پرتوان القایی بیمار (iPSC) را به ارگانوئیدها و اسفروئیدهای تمایزیافته تبدیل می‌کنند. آن‌ها صدها هزار توده زیستی را فشرده می‌سازند تا ماتریسی با تراکم شگفت‌انگیز ۲۰۰ میلیون سلول در هر میلی‌لیتر تشکیل شود. این ماتریس رفتار ویسکوالاستیک ویژه‌ای از خود نشان می‌دهد؛ یعنی هنگام حرکت نازل پرینتر مانند مایع نرم می‌شود و پس از عبور نازل، فوراً فرم اولیه خود را بازمی‌یابد.
۲. چاپ عروق با جوهر فداشونده (Sacrificial Ink)
سوزن چاپگر مستقیماً به عمق این ماتریس متراکم سلولی نفوذ می‌کند. دستگاه یک الگوی شاخه‌دار از رگ‌های خونی را با ژلاتین فداشونده پرینت می‌کند. سپس محققان دما را تا دمای بدن (۳۷ درجه سانتی‌گراد) بالا می‌برند. با این تغییر دما، ژلاتین ذوب می‌شود و از داخل سازه بیرون می‌ریزد. در نتیجه، یک شبکه عروقی لوله‌ای توخالی و یکپارچه در قلب توده سلولی باقی می‌ماند.
عملکرد خیره‌کننده بافت قلبی در آزمایشگاه
تیم تحقیقاتی دانشگاه هاروارد برای اثبات این روش، یک تکه بافت زنده قلبی را بازسازی کردند. آن‌ها مایع مغذی و اکسیژن را از طریق کانال‌های عروقی چاپ‌شده پمپاژ (پرفیوژن) کردند:
- انقباض هماهنگ و بیست برابری: سلول‌های قلبی پس از اتصال به یکدیگر شروع به تپش کردند. قدرت انقباض این بافت در طول یک هفته ۲۰ برابر قوی‌تر از نمونه‌های سنتی شد.
- زنده‌مانی طولانی‌مدت: پرفیوژن مداوم مایعات حیاتی مانع از مرگ سلول‌ها در لایه‌های عمیق شد و بافت ساختار منسجم خود را کاملاً حفظ کرد.
- شبیه‌سازی عملکرد بافت میوکارد: این ساختار زیستی رفتاری کاملاً شبیه به عضله واقعی قلب انسان از خود نشان داد.
چشم‌انداز درمانی و کاربردهای بالینی
روش SWIFT راه را برای چاپ اختصاصی بافت‌های پیوندی از سلول‌های خود بیمار هموار می‌کند. این فناوری وابستگی به لیست‌های طولانی پیوند عضو را کاهش می‌دهد. علاوه بر پیوند، این بافت‌های عروقی متراکم بستری بی‌نظیر برای تست کارایی و سمیت داروهای جدید داروسازی فراهم می‌سازند.
منابع روش SWIFT در چاپ زیستی