جایگزینی بافت عروقی به کمک بایوپرینترها؛ گامی بزرگ در ساخت مجاری لنفی و ارگان‌های لوله‌ای
سیستم گردش خون و شبکه لنفاوی شبکه‌ای پیچیده از لوله‌های زیستی توخالی هستند. این مجاری تبادل گازها، انتقال مواد مغذی و دفع مایعات میان‌بافتی را مدیریت می‌کنند. علیرغم پیشرفت‌های چشمگیر در مهندسی بافت، بازسازی ساختارهای لوله‌ای چندلایه نظیر رگ‌های خونی، نای، روده و مجاری ادراری همواره چالشی بزرگ بود. رگ‌های طبیعی بدن ساختاری یکنواخت ندارند؛ بلکه از چند لایه متمایز (اندوتلیوم، عضله صاف و بافت همبند) تشکیل شده‌اند. بیماری‌هایی مانند آترواسکلروز (تصلب شرایین)، ترومبوز، التهاب دیواره عروق و ناهنجاری‌های مادرزادی عملکرد این دیواره‌ها را مختل می‌کنند. بنابراین، جایگزینی بافت عروقی به کمک بایوپرینترها راهکاری اساسی برای نجات جان بیماران قلبی و عروقی به شمار می‌رود.
دستاورد پژوهشگران بریگهام در ساخت عروق زیستی چندلایه
تیمی از محققان برجسته بیمارستان زنان بریگهام (Brigham and Women’s Hospital) روشی نوین برای چاپ ساختارهای لوله‌ای توخالی و چندلایه ابداع کردند. دکتر یوسوف شینگ ژانگ (Y. Shrike Zhang)، محقق ارشد این طرح، اشاره می‌کند که رگ‌ها و کانال‌های بدن ویژگی‌های مکانیکی متغیری دارند. تکنیک جدید چاپ زیستی به پژوهشگران اجازه می‌دهد تا ضخامت دیواره، تعداد لایه‌ها و نفوذپذیری سازه را برای عبور پیوسته مواد مغذی با دقت بالایی تنظیم کنند. این فناوری مسیر را نه تنها برای رگ‌های خونی بلکه برای جایگزینی مجاری لنفی به کمک بایوپرینترها نیز هموار می‌سازد.
طراحی جوهر زیستی پیشرفته و نازل هم‌محور اختصاصی
موفقیت این پروژه بر دو پایه اصلی استوار بود: فرمولاسیون زیستی مناسب و طراحی سخت‌افزار پیشرفته.
۱. ترکیب بیومتریال پایدار: محققان برای تولید یک جوهر زیستی ایده‌آل، سلول‌های زنده را با ترکیبی از ژلاتین متاکریلات (GelMA)، آلژینات و پلی‌اتیلن گلایکول آکریلات با هسته تری‌پنتا اریتریتول (8-arm PEG-acrylate) مخلوط کردند. این ساختار پلیمری، بستر شیمیایی مناسبی برای چسبندگی، رشد و تکثیر سلول‌ها پدید آورد.
۲. نازل اختصاصی چندلایه: پژوهشگران بر روی چاپگر زیستی یک نازل کواکسیال (هم‌محور) نصب کردند. این نازل امکان اکستروژن هم‌زمان و هم‌مرکز تا سه لایه مجزا را فراهم کرد.
۳. تست عدم نشت سیال: آزمایش‌های هیدرودینامیکی نشان داد که پس از پیوند عرضی هیدروژل، مایعات فیزیولوژیک بدون کوچک‌ترین نشت یا پارگی از درون مجرای چاپ‌شده عبور می‌کنند.
شبیه‌سازی بافت یوروتلیال و کاربرد در مجاری ادراری
محققان نشان دادند که این روش انعطاف‌پذیری بالایی دارد و برای سایر مجاری لوله‌ای بدن نیز کاربرد دارد. آن‌ها سلول‌های یوروتلیال انسانی و سلول‌های عضله صاف مثانه را با هیدروژل‌های بهینه‌شده ترکیب کردند و بافت یوروتلیال لوله‌ای ساختند. لوله‌های چاپ‌شده مقاومت مکانیکی مطلوبی از خود نشان دادند و رفتار ویسکوالاستیک دیواره مثانه و میزراه را به تصویر کشیدند. نتایج این پژوهش در نشریه معتبر بین‌المللی Advanced Materials منتشر شد.
تجهیزات و ابزارهای مورد نیاز برای زیست‌چاپ کانال‌های حیاتی
تولید ساختارهای توخالی نیازمند هماهنگی کامل بین سیستم اکستروژن و مکانیسم پیوند عرضی سریع است. با به‌کارگیری یک ماژول پرینتر زیستی چندکاناله، محققان می‌توانند لایه‌های سلولی را با غلظت‌های مختلف به‌صورت هم‌زمان تزریق کنند. همچنین، انتخاب یک کیت مهندسی بافت استاندارد، پایداری سلول‌ها را در طول فرآیند پرینت زیستی تضمین می‌کند. این هماهنگی امکان تولید کانال‌های ریز لنفاوی و شریان‌های بزرگ‌تر را در شرایط استریل فراهم می‌سازد.
توسعه خدمات چاپ زیستی در ایران
تیم تحقیقاتی بریگهام اکنون آزمایش‌های پیش‌کلینیکی خود را برای آماده‌سازی ایمپلنت‌های عروقی با پایداری طولانی‌مدت دنبال می‌کند. هم‌راستا با این تحولات جهانی، شرکت «امیدآفرینان مهندسی آینده» با طراحی و بومی‌سازی دستگاه‌های سری BioFabX، امکان ساخت عروق و مجاری پیچیده را در داخل کشور فراهم کرده است. دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی علوم پزشکی با استفاده از خدمات چاپ زیستی این شرکت می‌توانند پروژه‌های پیوند عروق، مطالعات دارویی قلب و عروق و ترمیم مجاری لنفاوی را با کیفیتی در تراز جهانی پیش ببرند.
نتیجه‌گیری
دستیابی به روش‌های مطمئن برای جایگزینی بافت عروقی به کمک بایوپرینترها و ساخت مجاری لنفی، گره‌گشای بسیاری از بن‌بست‌های درمانی در پیوند اعضا است. این فناوری نشان می‌دهد که با ترکیب مهندسی مکانیک، علم مواد و زیست‌شناسی سلولی می‌توان ساختارهای زیستی بدون نشت، کارآمد و لایه‌لایه تولید کرد. تداوم این پژوهش‌ها امید تازه‌ای برای جایگزینی رگ‌های آسیب‌دیده با نمونه‌های طبیعی بافت هر بیمار به ارمغان می‌آورد.