پلتفرم بایوپرینتینگ عضلات و تاندون؛ ابزاری نوین برای تست و توسعه داروهای اسکلتی
افزایش میانگین سنی جمعیت جهان، تقاضا برای درمان اختلالات و بیماری‌های عضلانی اسکلتی مانند سارکوپنی و آسیب‌های تاندونی را به‌شدت افزایش داده است. روند کشف و توسعه داروهای جدید در این حوزه همواره با مانعی بزرگ روبرو بوده است: فقدان مدل‌های برون‌تنی استاندارد که رفتار انقباضی و برهمکنش‌های سلولی بافت عضله و تاندون را دقیق شبیه‌سازی کنند. روش‌های کشت دوبعدی و مدل‌های حیوانی سنتی پاسخ‌های بالینی قابل‌اعتمادی ارائه نمی‌دهند. برای پر کردن این خلاء پژوهشی، دانشمندان به سراغ تکنولوژی‌های نوین در پزشکی بازساختی رفته‌اند.
نوآوری دانشگاه زوریخ: ساخت پلتفرم بایوپرینتینگ عضلات و تاندون
گروهی از محققان دانشگاه زوریخ سوئیس با بهره‌گیری از چاپگر زیستی، یک پلتفرم آزمایشگاهی پیشرفته و کارآمد برای شبیه‌سازی هم‌زمان بافت تاندون و عضله طراحی کردند. این دستاورد بستر مناسبی برای اتصال، تکثیر و تمایز سلول‌های عضلانی فراهم می‌کند و سرعت ارزیابی مولکول‌های دارویی را چند برابر می‌سازد. اهمیت ویژه این تحقیق در ساخت سازه‌های مهندسی‌شده‌ای است که علاوه بر ساختار سه‌بعدی، خواص مکانیکی و عملکرد انقباضی بافت طبیعی را بازتولید می‌کنند.
پژوهشگران در این پروژه از یک جوهر زیستی بر پایه ژلاتین متاکریلوئیل (GelMA) استفاده کردند. این هیدروژل زیست‌سازگار پس از اکستروژن از طریق پیوند عرضی نوری (کراس‌لینک نوری تحت تابش نور ماوراءبنفش یا مرئی) استحکام ساختاری پیدا کرد. سپس این سیستم سازگار در پلیت‌های استاندارد کشت سلولی ۲۴ خانه‌ای مستقر شد.
فرآیند چاپ و شبیه‌سازی هم‌زمان اتصال عضله به تاندون (MTJ)
پژوهشگران سوسپانسیون سلولی حاوی هیدروژل را به فرم هندسی دمبلی‌شکل (Dumbbell-shaped) پرینت زیستی کردند. این طراحی خاص، تنش‌های کششی طبیعی بافت را درون پلیت بازسازی می‌کند:
۱. کشت رده‌های سلولی مجزا: محققان در مرحله اول، سلول‌های عضله اسکلتی انسان (مایوبلاست‌ها) و سلول‌های تاندون موش (تاندوسیت‌ها) را به‌طور جداگانه روی بستر پرینت کردند. سلول‌ها بقا و زنده‌مانی بسیار بالایی نشان دادند و مارکرهای پروتئینی و ژنی مربوط به تمایز بافتی را به‌خوبی بیان کردند.
۲. ارزیابی عملکرد انقباضی: پژوهشگران برای بررسی بلوغ عملکردی عضله، سیگنالینگ کلسیم درون‌سلولی و انقباض رشته‌های عضلانی (مایوفایبرها) را در پاسخ به پالس‌های تحریک الکتریکی ارزیابی و تایید کردند.
۳. کشت و تمایز هم‌زمان (Co-culture): در مرحله نهایی، تیم تحقیقاتی با هدایت دقیق نازل‌ها، سلول‌های تاندوسیت را در دو انتهای دمبل (محیط اطراف) و سلول‌های مایوبلاست را در بخش میانی سازه به‌صورت هم‌زمان چاپ کرد. این ساختار ترکیبی، ناحیه اتصال تاندون به عضله را با بالاترین دقت بیولوژیکی شکل داد.
نتایج این کار تحقیقاتی در ژورنال تخصصی SLAS Technology منتشر شد و توجه محافل داروسازی و مهندسی بافت را به خود جلب کرد.
نقش تجهیزات پیشرفته در چاپ زیستی ساختارهای پیچیده
دستیابی به چنین ساختار چندسلولی دقیقی، به یک ماژول پرینتر زیستی چندنازله با کنترل دقیق فشار و دما وابسته است. این ماژول‌ها فرآیند تزریق لایه‌به‌لایه سلول‌های حساس را بدون آسیب به غشای سلولی هدایت می‌کنند. استفاده از یک کیت مهندسی بافت یکپارچه به همراه هیدروژل‌های بهینه‌شده، بستر مکانیکی لازم را برای کشش یکنواخت سلول‌ها فراهم می‌سازد. ترکیب این ابزارها با فناوری چاپ زیستی، مسیر غربالگری داروها را کوتاه‌تر و ارزان‌تر می‌کند.
توسعه ابزارهای زیست‌چاپ در ایران
پیشرفت‌های جهانی در توسعه پلتفرم بایوپرینتینگ عضلات و تاندون، لزوم دسترسی پژوهشگران کشور به فناوری‌های مشابه را نشان می‌دهد. شرکت «امیدآفرینان مهندسی آینده» با ساخت و تجاری‌سازی انواع چاپگرهای زیستی پیشرفته و ارائه خدمات چاپ زیستی، بستر اجرای چنین طرح‌هایی را برای دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی کشور فراهم کرده است. پژوهشگران داخلی با تکیه بر این زیرساخت‌ها می‌توانند مدل‌های اختصاصی بیماری‌های عضلانی را در آزمایشگاه بسازند و گام‌های بلندی در غربالگری داروهای بومی بردارند.
نتیجه‌گیری
ساخت پلتفرم بایوپرینتینگ عضلات و تاندون در سوئیس نشان داد که پزشکی بازساختی پتانسیل بالایی در تحول صنعت داروسازی دارد. چاپ سه‌بعدی هم‌زمان بافت‌های متصل‌به‌هم، نیاز به آزمون‌های حیوانی را کاهش می‌دهد و دقت بررسی پاسخ‌های دارویی را بالا می‌برد. توسعه این پلتفرم‌ها نویدبخش درمان‌های سریع‌تر و کارآمدتر برای بیماری‌های ناتوان‌کننده عضلانی در آینده است.