پرینت زیستی مویرگ‌ها با جوهر خودآرا
مهندسی بافت‌های ضخیم نیازمند شبکه عروقی کارآمد است. سلول‌های بدن بدون خون‌رسانی پیوسته دچار نکروز می‌شوند و از بین می‌روند. جوهر زیستی معمولی به دلیل محدودیت‌های مولکولی، وضوح چاپ پایینی دارند. این مواد ساختار نانومتری و رفتارهای ظریف ماتریکس خارج سلولی (ECM) را به خوبی بازسازی نمی‌کنند.
طبیعت اندام‌ها را با رویکرد «جزء به کل» می‌سازد. پروتئین‌ها، لیپیدها و کربوهیدرات‌ها خودبه‌خود در مقیاس نانو کنار یکدیگر سازماندهی می‌شوند. پژوهشگران با الهام از این ویژگی، نسل نوین جوهرهای چندجزئی با قابلیت خودآرایی (Self-Assembly) را توسعه دادند.
جوهر خودآرا
پرینت مایع در مایع؛ عبور از محدودیت‌های نازل
روش‌های رایج اکستروژن وضوح چاپ را بر پایه قطر فیزیکی نازل تعیین می‌کنند. نازل‌های بسیار ریز گرفتگی مکرر ایجاد می‌کنند و بقای سلول‌ها را کاهش می‌دهند.
فناوری پرینت مایع در مایع (Liquid-in-Liquid Printing) این محدودیت را حذف کرد:
- محققان یک مایع کم‌گرانروی را به داخل محیط مایع دیگری تزریق می‌کنند.
- ساختار نهایی فوراً در فصل مشترک دو فاز تشکیل می‌شود.
- مرز واکنشی دو مایع، لوله‌های مویرگی فوق‌العاده باریک را بدون وابستگی مستقیم به اندازه نازل می‌سازد.
همگرایی الاستین نوترکیب (ELR) و گرافن اکساید (GO)
دانشمندان برای دستیابی به ساختار مویرگی پایدار، ترکیب مبتکرانه‌ای از دو ماده پیشرفته ساختند:
- الاستین نوترکیب (ELR): پروتئین مهندسی‌شده با خاصیت ارتجاعی و انعطاف‌پذیری بافت طبیعی.
- گرافن اکساید (GO): نانوماده‌ای مقاوم با قابلیت برهم‌کنش شیمیایی سریع در محیط آبی.
فرایند ساخت:
- پژوهشگران ۱۰۰ میکرولیتر محلول آبی ۰.۱٪ گرافن اکساید را درون چاهک پلیت ۹۶ خانه ریختند.
- سپس محلول آبی ۲٪ از ELR را با سرعت یکنواخت به صورت عمودی درون بستر GO تزریق کردند.
- نفوذ متقابل مولکول‌ها بلافاصله یک غشای چندلایه خودآرا پدید آورد.
دقت بی‌نظیر با سیستم پرینت زیستی RegenHU
تیم پژوهشی این فرایند را با پرینتر سه بعدی پیشرفته DISCOVERY (محصول کمپانی RegenHU) پیاده‌سازی کرد:
- قطر نازل: ۸۵ میکرومتر
- فشار تزریق: ۰.۰۲ تا ۰.۱ مگاپاسکال
- سرعت جابه‌جایی: ۱۰ تا ۱۰۰ میلی‌متر بر ثانیه
نتایج و دستاوردهای زیستی
نتایج ارزیابی‌های میکروسکوپی و دینامیکی، موفقیت ساختارها را تایید کرد:
- ابعاد مویرگی واقعی: دستیابی به قطر داخلی کمتر از ۱۰ میکرومتر و ضخامت دیواره ۲ میکرومتر.
- به‌دام‌اندازی مستقیم سلول‌ها: استقرار طبیعی سلول‌های اندوتلیال درون لایه‌های تشکیل‌شده در حین چاپ.
- عملکرد دینامیک: نمایش ضربان فیزیولوژیکی و گرادیان نفوذپذیری قابل تنظیم مشابه با عروق طبیعی.
این نوآوری راه را برای ساخت بافت‌های ضخیم انسانی مانند قلب و کبد در محیط آزمایشگاهی هموار می‌کند.
منبع جوهر خودآرا
Wu, Y., Fortunato, G.M., Okesola, B.O., Di Brocchetti, F.L., Suntornnond, R., Connelly, J., De Maria, C., Rodriguez-Cabello, J.C., Vozzi, G., Wang, W. and Mata, A. (2021). “An interfacial self-assembling bioink for the manufacturing of capillary-like structures with tuneable and anisotropic permeability.” Biofabrication, 13(3), p.035027. DOI: 10.1088/1758-5090/abe4b9
