ترمیم بافت آسیب‌دیده‌ی نخاع کاری بسیار دشوار است. آکسون‌ها نسبت به محیط پیرامونشان بسیار حساس هستند. اینک پژوهشگران دانشگاه سن‌دیه‌گو کالیفرنیا با یافتن ماده‌ی مناسب و استفاده از سلول‌های بنیادی عصبی توانستند ستون فقرات آسیب دیده‌ی موش‌ها را ترمیم کنند. در ادامه‌ی این مقاله از مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی با این ایمپلنت از زبان یک خبرنگار آزاد با نام Megan Scudellari آشنا می‌شویم.

ایمپلنت چاپی پژوهشگران سن‌دیه‌گو، کالیفرنیا. قسمت H مانند مشابه قسمت فاقد اعصاب در ستون فقرات عمل می‌کند. شکاف‌های پیرامون این قسمت صلب محل عبور آکسون‌ها است.

چاپ سه بعدی زیستی μCPP

چاپ سه بعدی زیستی عبارت است از قرار دادن بافت زنده در میان ساختارهای غیر زنده برای ساخت محصولی که در بدن موجودات زنده قابل استفاده باشد. این فناوری چاپ قرنیه‌ی مصنوعی، رگ‌های خونی و پوست را ممکن ساخته است.

اینک پژوهشگران سن‌دیه‌گو، کالیفرنیا موفق به چاپ یک ایمپلنت ستون فقرات شدند. گزارش ساخت این ایمپلنت و استفاده از آن برای بازیابی توانایی راه رفتن در پای عقبی موش‌ها در Nature Medicine به چاپ رسیده است.

به گفته‌ی نویسندگان مقاله این محصول نخستین ایمپلنت چاپی سیستم مرکزی اعصاب است. روش استفاده برای ساخت این ایمپلنت microscale continuous projection printing یا μCPP نام دارد. با این روش می‌توان مواد زیستی را هزار بار سریع‌تر و با دقتی بیشتر از روش‌های متداول چاپ کرد.

به گفته‌ی Shaochen Chen نائب رئیس دانشکده‌ی مهندسی نانو در مؤسسه‌ی UCSD و از بینان‌گذاران استارت‌آپ Allegro 3D در تجاری‌سازی فناوری چاپ زیستی، هدف نهایی ساخت ایمپلنتی است که با ویژگی‌های بدنی کاربر سازگار باشد و پس از انطباق و تکمیل فرآیند درمان جذب بدن شود. در پایان روند درمان بیمار باید ستون فقراتی سالم و ترمیم شده داشته باشد.

چرا تلاش درمان آسیب نخاعی کار دشواری است؟

ترمیم آسیب نخاعی کاری دشوار است. آکسون‌های این بخش از سیستم عصبی به مواد به کار رفته در ایمپلنت‌ها بسیار حساس هستند. در پژوهش‌های پیشین آکسون‌ها برای دوری جستن از ایمپلنت، آن را دور زدند و به نقطه‌ی نخست بازگشتند. Chen،‌ یک عصب شناس به نام Mark Tuszynski و همکاران آن‌ها مواد مختلف را برای شناسایی سازگارترین ماده با اکسون‌های عصبی آزمایش کردند. این مواد در هیدوژلی به نام polyethylene glycol–gelatin methacrylate خوابانیده شده بود.

برای شبیه‌سازی درست ماده‌ی خاکستری ستون فقرات، قسمتی که عاری از اعصاب است، بخش H مانند ایمپلنت کاملا سخت است. برای بازسازی ماده‌ی سفید،‌ بخشی که آکسون‌ها در آن گسترش می‌یابند، ایمپلنت شامل ۲۰۰ میکروکانال است که برای عبور آکسون‌ها استفاده خواهد شد. پس از چاپ میکروکانال‌ها گروه برای ساخت یک ستون فقرات کارآمد از سلول‌های بنیادی عصبی استفاده کردند.

چرا روش μCPP  ؟

به گفته‌ی Chen روش‌های متداول تنها توانایی چاپ در ابعاد ۲۰ میکرومتر را داشته و برای ساخت این ایمپلنت مفید نیست. با روش μCPP می‌توان به دقت‌های یک میکرومتر نیز دست یافت. این روش سرعت بالایی نیز دارد. با روش‌های متداول برای جاپ ایمپلنتی استوانه‌ای در ابعاد ۲ میلیمتر به چند ساعت زمان نیاز است. با μCPP این عملیات در ۱.۶ ثانیه تکمیل می‌شود. برای اثبات کارایی ایمپلنت برا ی انسان گروه ایمپلنتی را با کمک تصاویر MRI و با ابعاد جراحت‌های ستون فقرات انسان ساخت. برای چاپ ایمپلنتی در ابعاد ۴ سانتی‌متر تنها ۱۰ دقیقه زمان نیاز است.

ایمپلنت چاپ شده برای جراحات ستون فقرات انسان. این ایمپلنت در حدود ۴ سانتی‌متر است.

برای چاپ سه بعدی به روش μCPP، به جای روی هم قرار دادن مواد چاپی مانند یک چاپگر جوهرافشان، ساختار نهایی با تابانیدن نور به کل بشقاب مواد چاپی بدست می‌آید. در این مورد ماده‌ی چاپ ترکیبی از سلول‌های بنیادی و هیدروژل است. تابیش نور مواد داخل هیدروژل را برای دست یافتن به شکل نهایی با یکدیگر ترکیب می‌کند. بنابراین ساختار نهایی جزبه‌جز ساخته نمی‌شود. بلکه با تابش نور به صورت یکپارچه و دفعتا می‌توان ساختار مورد نظر را بدست آورد.

نتایج استفاده از ایمپلنت چاپی زیست تخریب پذیر در موش ها

آزمایش ایمپلنت روی موش‌ها، به بهبودی ستون فقرات در ۴ هفته انجامید. آکسون‌ها در میکروکانال‌های ایمپلنت به خوبی رشد کردند و خود را از قسمت بالای ستون فقزات به قسمت پایین رسانیدند. ساختار اصلی ایمپلنت در این ۴ هفته بی‌تغییر ماند. پس از آن به تدریج تجزیه شد و پس از ۵ ماه بدون برجا گذاشتن ورم یا آثار منفی کاملا تجزیه شد. موش‌هایی که سلول‌های بنیادی عصبی را داخل این ایمپلنت دریافت کردند، بهبودی قابل توجهی در استفاده از پاها داشتند.

این گروه از روش μCPP برای چاپ کبد و رگ مصنوعی نیز استفاده کرده‌اند. در ادامه‌ی کار گروه مایل است دانش خود را در مورد این ایمپلنت افزایش دهد، آن را روی حیوانات بزرگ جسه‌تر امتحان نماید و نهایتا به مرحله ی آزمایش‌های انسانی برسد. آزمایش‌های انسانی به تنهایی به ۵ سال زمان نیاز خواهد داشت.

بیشتر بخوانیم:

کمک به رشد طبیعی چهره کودکان نابینا با چشم چاپ سه بعدی

معرفی محصولات تولیدی چاپ سه بعدی در حوزه‌ی سلامت (بخش نخست)

معرفی محصولات تولیدی چاپ سه بعدی در حوزه‌ی سلامت (بخش دوم)

منبع: spectrum.ieee

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