چالش‌های جراحی در آسیب‌های حجمی عضلانی (VML)
از دست رفتن حجم گسترده‌ای از بافت عضلانی در اثر تروما، تصادفات شدید یا برداشتن تومورها، وضعیتی بالینی موسوم به آسیب حجمی ماهیچه (Volumetric Muscle Loss – VML) ایجاد می‌کند. در این وضعیت، توانایی طبیعی بدن برای خودترمیمی به شدت مختل می‌شود. سیستم ایمنی به جای بازسازی بافت عملکردی، ناحیه خالی را با بافت اسکار متراکم و غیرفعال (فیبروز) پر می‌کند.
جراحی‌های ترمیمی سنتی نظیر پیوند اتولوگ عضله، همواره با محدودیت‌های بنیادینی روبه‌رو هستند. این روش‌ها آسیب شدیدی به محل اهداکننده وارد می‌کنند و با خطر رد پیوند یا مرگ بافت پیوندی مواجه هستند. از سوی دیگر، آناتومی و هندسه نقص عضلانی در هر بیمار کاملاً منحصربه‌فرد است. ساختارهای از‌پیش‌ساخته صنعتی نمی‌توانند با انحنا و عمق متغیر این ضایعات به طور کامل منطبق شوند.
فناوری چاپ زیستی درجا؛ گذار از چاپگرهای رومیزی به سامانه‌های پرتابل
چاپگرهای زیستی سه‌بعدی متداول، سازه‌ها را درون محیط‌های بسته آزمایشگاهی روی سطوح کاملاً صاف و افقی چاپ می‌کنند. سپس جراح باید سازه سلولی تولیدشده را به بدن بیمار منتقل و در محل ضایعه بخیه کند. این فرآیند علاوه بر پیچیدگی‌های لجستیکی و خطر آلودگی، معمولاً منجر به آسیب دیدن سازه‌های ظریف زیستی در حین انتقال می‌شود.
مهندسان پزشکی دانشکده دندانپزشکی دانشگاه کانکتیکوت (UConn) به سرپرستی دکتر علی تمایل، با توسعه یک چاپگر زیستی دستی و پرتابل، این مسیر درمانی را دگرگون کردند. این سامانه نیمه‌خودکار و سبک به جراح اجازه می‌دهد جوهر زیستی حاوی سلول‌ها را دقیقاً در محل آسیب، روی سطوح نامنظم، شیب‌دار و بدون نیاز به برش‌های وسیع جانبی اعمال کند.
ویژگی‌های فنی و مکانیزم اتصال جوهر ژل‌ما (GelMA)
قلب تپنده این سامانه دستی، هماهنگی دقیق میان سیستم اکستروژن و مکانیسم پیوند شیمیایی درجا است:
- اتصال فوری با پخت نوری: دستگاه یک منبع نوری فرابنفش (UV) کنترل‌شده را در نزدیکی نازل خروجی خود جای داده است. به محض خروج جوهر هیدروژلی بر پایه ژلاتین متاکریلوئیل (GelMA)، تابش فوتونی آغاز می‌شود و مولکول‌ها در کسری از ثانیه شبکه پلیمری پایداری تشکیل می‌دهند.
- حذف کامل نیاز به بخیه: گروه‌های عاملی موجود در زنجیره‌های ژل‌ما با پروتئین‌ها و ماتریکس خارج سلولی بافت طبیعی عضله درگیر می‌شوند. آزمون‌های مکانیکی مقاومت برشی و کششی بالایی را در سطح تماس جوهر و بافت میزبان ثبت کرده‌اند. این ویژگی نیاز به هرگونه نخ بخیه یا چسب‌های بافتی تهاجمی را برطرف می‌سازد.
- تنظیم ویسکوزیته و چسبندگی: پزشک می‌تواند غلظت ژل‌ما و شدت تابش نوری را متناسب با عمق و محل ضایعه تغییر دهد تا بالاترین درجه یکپارچگی مکانیکی حاصل شود.
ارزیابی‌های درون‌بدنی و فعال‌سازی مایوجنسیس در مدل حیوانی
پژوهشگران کارایی این سامانه را در مدل‌های موشی مبتلا به ضایعات شدید ماهیچه تیبیال قدامی ارزیابی کردند:
- انطباق کامل با هندسه ضایعه: چاپگر دستی تمام حفرات نامنظم آسیب را بدون ایجاد حباب هوا پوشش داد.
- بقا و مهاجرت سلولی: داربست ژل‌ما ریزمحیطی ایده‌آل برای نفوذ سریع سلول‌های پیش‌ساز عضلانی میزبان فراهم ساخت.
- تحریک ماهیچه‌زایی (Myogenesis): پس از گذشت چند هفته، فیبرهای عضلانی جدید با آرایش موازی در سرتاسر داربست تشکیل شدند.
- مهار التهاب و فیبروز: هیچ‌گونه واکنش ایمنی پس‌زننده، ادم یا تورم مزمن در ناحیه مشاهده نشد و تشکیل بافت همبند غیرعملکردی به حداقل رسید.
چشم‌انداز کاربرد در جراحی‌های بالینی نوین
توسعه چاپگر زیستی دستی، گامی بنیادین در حوزه ساخت درجا (In Situ Biofabrication) به شمار می‌رود. این سامانه به دلیل سهولت کاربری، سرعت عمل بالا و وزن سبک، پتانسیل بالایی برای استفاده مستقیم در اتاق‌های عمل و حتی شرایط اورژانسی تروما دارد. جراحان می‌توانند انواع فرمولاسیون‌های جوهر زیستی—اعم از فاکتورهای رشد رگ‌زا، نانوذرات درمانی و سلول‌های اتولوگ—را از طریق این ابزار به کار گیرند و فرآیند بهبود بیماران را تسریع بخشند.
مشخصات و منابع علمی
- نویسنده مسئول و سرپرست تیم: دکتر علی تمایل (دانشگاه کانکتیکوت – UConn)
- ژورنال مرجع: ACS Applied Bio Materials
- شناسه دیجیتال: DOI: 10.1021/acsabm.9b01176
- گزارش خبری: News-Medical Life Sciences