۸ پروژه‌ نویدبخش چاپ سه بعدی ارگان های بدن انسان (بخش نخست)

با وجود هزاران پیوند عضو که در سراسر جهان انجام می‌شود، این تعداد پیوند، تقاضای روزافزون پیوند اعضا را پاسخ‌گو نیست. امروزه، تنها منبع این اعضای نجات‌دهنده‌ی زندگی، اهداکنندگان عضو هستند. یکی از تلاش‌های پزشکی ترمیمی، تولید اندام بدن و بافت‌های زیستی با کمک فناوری چاپ سه‌بعدی است. توانایی تولید اندام‌ها و بافت‌های زیستی تحول بزرگی در پزشکی به شمار می‌آید. در این مقاله به جدیدترین و جالب‌ترین پروژه‌های اندام چاپ سه‌بعدی می‌پردازیم. با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

چاپ سه بعدی ارگان های بدن انسان

پزشکی ترمیمی (Regenerative medicine) شاخه‌ای ازعلم نوین پزشکی است که هدف آن ترمیم و احیا و یا جایگزینی بافت یا اندام آسیب دیده یا از دست رفته است. پزشکی ترمیمی باتوجه به نوع رویکرد و روش درمانی به انواع گوناگونی از جمله سلول‌های بنیادی و مهندسی بافت زیستی شاخه بندی می‌گردد. در شاخه‌ی مهندسی بافت زیستی، به طور گسترده‌ای درباره فناوری چاپ سه‌بعدی زیستی پژوهش انجام می‌شود. چاپ سه بعدی زیستی طی دهه‌ی گذشته مسیر طولانی طی کرده است.

چاپ سه بعدی ارگان های بدن انسان

همه چیز درباره چاپ سه بعدی زیستی (bioprinting)

به طور خلاصه، چاپ سه‌بعدی زیستی، کاربرد فرآیند ساخت افزایشی یا همان فناوری چاپ سه‌بعدی برای تولید ساختارهای سه‌بعدی در مهندسی بافت (tissue engineering) است. فرآیند تولید بافت زیستی پیچیدگی بالایی دارد. اگرچه روش‌های متنوعی برای چاپ سه‌بعدی زیستی وجود دارد، رایج‌ترین روش، فرآیند FDM است. در این فرآیند از ماده‌ای چسبناک استفاده می‌شود که به صورت لایه لایه روی هم قرار می‌گیرد. این ماده چسبناک در چاپ سه‌بعدی زیستی، سلول‌ها و عوامل حامل (carrier agents) هستند که به آن جوهر زیستی (bioink) گفته می‌شود. اغلب جوهر زیستی، نوعی ژل پلیمری زیستی است که به عنوان داربست سه‌بعدی به کار می‌رود. اگرچه توسعه‌ی چاپ سه‌بعدی زیستی همچنان در مراحل ابتدایی خود قرار دارد اما نتایج امیدوارکننده‌ و چشمگیری به دست آمده است.

چاپ سه بعدی ارگان های بدن انسان

۱) کلیه

کلیه به عنوان مهم‌ترین عضو پیوندی از مناسب‌ترین کاندیدهای چاپ زیستی سه‌بعدی به شمار می‌آید. با این وجود، ساختار پیچیده داخلی کلیه سبب شده است که بازآفرینی کلیه یکی از سخت‌ترین تولیدهای بافت زیستی باشد.

در سال ۲۰۱۶، دانشمندان آزمایشگاه Lewis دانشگاه هاروارد، روش نوین چاپ زیستی را توسعه دادند. در این روش، امکان چاپ بخش‌های کوچک نفرون به نام توبول پروگزیمال فراهم شد. نِفرون (Nephron) اساسی‌ترین ساختار کلیه را تشکیل می‌دهد که مسئول فیلتر خون در تمام اندام‌ها است. لوله پیچیده نزدیک یا توبول پروگزیمال (Proximal Convoluted Tubule) قسمتی از نفرون در کلیه است. بیشترین مقدار بازجذب آب در توبول پروگزیمال نفرون صورت می‌گیرد.

درسال ۲۰۱۹، شرکت آمریکایی چاپ زیستی Organovo اعلام کرد توانسته با سامانه‌ی چاپ زیستی خود به نام Organovo NovoGen، ارگانوئید کلیه را تولید کند. ارگانوئید ها یا اندام‌ واره‌ها (organoids) نسخه مینیاتوری و ساده شده از یک اندام انسانی است که به صورت سه بعدی در آزمایشگاه تولید می شود.

ماه پیش در سپتامبر ۲۰۲۰، شرکت آمریکایی United Therapeutics Corporation فعال در حوزه‌ی فناوری زیستی با همکاری شرکت اسرائیلی Collplant فعال در زمینه‌ی پزشکی ترمیمی، توسعه‌ی چاپ زیستی کلیه را آغاز کردند.

چاپ سه بعدی ارگان های بدن انسان

۲) کبد

طبق آمار، ۴٫۵ میلیون نفر در آمریکا از بیماری‌های کبدی رنج می‌برند. این تعداد تقریبا ۲ درصد از کل جمعیت آمریکا را تشکیل می‌دهند. هم‌اکنون، تنها روش درمانی بیماری مزمن کبد در مرحله نهایی (End Stage Liver Disease) پیوند کبد است. فاصله‌ی میان تقاضای پیوند کبد و تعداد کبد موجود برای اهدای عضو بسیار زیاد است.

در سال ۲۰۱۶، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا (UCSD) توانستند بافت زیستی را با فناوری چاپ زیستی تولید کنند که از نظر ساختار و عملکرد مشابه کبد واقعی بود. چنین بافت‌های زیستی در صنایع دارویی با هدف آزمایش دارو بر آن و تولید دارو به کار می‌رود.

در سال ۲۰۱۸، شرکت Organovo، بافت کبد را با کمک چاپ سه‌بعدی برای یک موش تولید کرد و به بدن موش پیوند داد. نتایج عملکرد پیوند کبد پس از یک ماه تایید شد. در آن زمان اعلام شد هدف بعدی، آغاز پیوند کبد چاپ سه‌بعدی برای انسان‌ها است اما این هدف هنوز محقق نشده است.

پژوهشگران برزیلی در دانشگاه سائوپائولو در پایان سال ۲۰۱۹، خبر از چاپ زیستی موفقیت‌آمیز ارگانوئید کبد دادند. ساختارارگانوئید کبد یا کبد مینیاتوری از سلول‌های خونی انسان تولید شده‌اند. همچنین این ساختار چاپ شده، عملکردی مشابه کبد واقعی انسان دارد. بافت کبدی چاپ شده عملکردهایی همچون تولید پروتئین، ذخیره‌ی ویتامین و حتی ترشح صفرا را همانند کبد واقعی انجام می‌دهد. بر اساس گفته‌ی پژوهشگران، از زمان جمع‌آوری خون بیمار تا بلوغ کبد مینیاتوری ۹۰ روز طول کشیده است.

چاپ سه بعدی ارگان های بدن انسان

۳) قلب

در میان ارگان‌های بدن که تاکنون به کمک چاپ زیستی تولید شده‌اند، قلب یکی از آسان‌ترین بافت‌ها برای تولید زیستی به شمار می‌آید. به این دلیل که در قلب از واکنش‌های پیچیده بیوشیمایی استفاده نمی‌شود بلکه عملکرد اصلی آن کار کردن به عنوان یک پمپ هیدرولیک است.

در سال ۲۰۱۸، موسسه تحقیقاتی Wake Forest فعال در زمینه پزشکی ترمیمی که به اختصار WFRIM نام دارد توانست با کمک سلول‌های موش، بافت قلب را با چاپ سه‌بعدی زیستی بسازد.

در سال ۲۰۱۹، پژوهشگران دانشگاه تل آویو جهان را شگفت‌زده کردند. نخستین قلب مینیاتوری چاپ سه‌بعدی که دارای عروق کامل است توسط دانشمندان تولید شد. این قلب مینیاتوری از سلول‌های انسانی شخص بیمارو ژل حامل ساخته شده است. هم‌اکنون دانشمندان بر بافت زیستی کار می‌کنند تا عملکردی کامل همانند قلب واقعی داشته باشد.

شرکت آمریکایی Biolife4D در همان سال، قلب چاپ زیستی ساخت خود را به نمایش گذاشت. قلب چاپ زیستی Biolife4D از نظرعملکرد بهتر و از نظر اندازه بزرگتر از قلب چاپ شده دانشگاه تل‌آویو بود. با پیشرفت‌های چشمگیر طی این چند سال، محققان پیش‌بینی می‌کنند در دهه‌ی آینده شاهد پیوند قلب چاپ زیستی خواهیم بود.

چاپ سه بعدی ارگان های بدن انسان

۴) قرنیه

قرنیه لایه‌ای شفاف است که در بیرونی ‌ترین سطح چشم قرار دارد. وظیفه‌ی قرنیه، حفاظت از چشم در برابر محیط بیرونی و کمک به فوکوس چشم برای دیدن محیط است. میلیون‌ها نفر در سراسر جهان در اثر بیماری قرنیه یا زخم قرنیه دچار نابینایی شده‌اند. این افراد به پیوند قرنیه نیاز دارند.

در سال ۲۰۱۸، دانشمندان دانشگاه نیوکاسل توانستند برای نخستین بار قرنیه چشم انسان را با چاپ زیستی بسازند. با ترکیب سلول‌های بنیادی و آلژینات و کلاژن چشم بیونیک به شکل دایره‌ای و کاملا مشابه قرنیه انسان در کمتر از ۱۰ دقیقه آماده می‌شود.

دانشگاه مرمره ترکیه نیز قرنیه مصنوعی چاپ سه‌بعدی با هدف پیوند قرنیه ساخت. نتیجه‌ی این پژوهش در ماه ژوئن ۲۰۲۰ در مجله‌ی European Polymer Journal به چاپ رسید. ماده به کار رفته در چاپ قرنیه، سازگاری خوبی را در آزمایش‌های اولیه نشان دادند. همچنین عملکرد نوری قرنیه مصنوعی نیز با میکروسکوپ الکترونی و طیف‌سنجی نوری آزمایش شد و مورد تایید قرار گرفت.


بیشتر بخوانیم:

>>دستور پخت غذاهای چاپ سه‌ بعدی
>>دنیای آینده و خلق مشاغل جدیدی که تاکنون تجربه نکرده اید
>>۸ پروژه‌ نویدبخش چاپ سه بعدی ارگان های بدن انسان (بخش دوم)


منبع: all3dp.com

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *