فناوری چاپ زیستی سه‌بعدی ۱۰ برابر سریع‌تر بافت‌های عملکردی در ۴۰ دقیقه تولید می‌کند
یک تکنیک چاپ سه‌بعدی جدید می‌تواند بافت‌های زیستی را به‌سرعت تولید کند و روش‌های موجود را ۱۰ برابر سریع‌تر کند.
پژوهشگران دانشگاه پن استیت یک تکنیک جدید چاپ زیستی سه‌بعدی به نام سیستم یکپارچه‌سازی بافتی با توان عملیاتی بالا برای چاپ زیستی (HITS-Bio) ایجاد کرده‌اند.
این تکنیک جدید چاپ زیستی از خوشه‌های سلولی به نام اسفروئیدها برای ساختاردهی بافت‌های پیچیده استفاده می‌کند.
این پیشرفت می‌تواند به آینده‌ای منجر شود که ارگان‌های آسیب‌دیده با بافت‌های آزمایشگاهی جایگزین شوند و بیماری‌ها در مدل‌هایی با دقت بالا مطالعه شوند.
پروفسور ابراهیم ت. اوزبولات از رشته‌های مهندسی علوم و مکانیک، مهندسی زیست‌پزشکی و جراحی مغز در دانشگاه پن استیت گفت: "این تکنیک یک پیشرفت قابل توجه در چاپ زیستی سریع اسفروئیدها است."
اوزبولات افزود: "این امکان را فراهم می‌آورد که بافت‌ها به روش با سرعتی خیلی بالاتر از تکنیک‌های موجود با حیات سلولی بالا چاپ شوند."
استفاده از نازل‌های متعدد
چاپ سه‌بعدی سنتی بافت‌ها را لایه به لایه در یک زیرلایه زیست‌سازگار می‌سازد. در چاپ زیستی، "جوهر" یک ماده زنده ساخته شده از سلول‌ها و اغلب شامل سلول‌هایی است که در یک هیدروژل معلق می‌شوند.
اما چاپ زیستی با چالش‌هایی روبرو است. یکی از موانع اصلی دستیابی به تراکم بالای سلول‌ها است که در بافت‌های طبیعی یافت می‌شود. این برای عملکرد صحیح بافت حیاتی است.
اسفروئیدها—با تراکم سلول‌های شبیه به انسان—یک جایگزین امیدوارکننده برای چاپ زیستی بافت‌ها ارائه می‌دهند.
در حالی که چاپ سه‌بعدی اسفروئیدها یک روش امیدوارکننده برای ایجاد بافت‌هایی با تراکم سلولی شبیه به انسان است، روش‌های کنونی محدودیت‌هایی دارند. روش‌های موجود می‌توانند به سلول‌ها آسیب برسانند یا بیش از حد کند و دست و پا گیر باشند تا کاربردی باشند.
پژوهشگران این HITS-Bio را برای حل این مسائل توسعه داده‌اند. HITS-Bio از یک «آرایه نازل کنترل دیجیتالی» استفاده می‌کند که شامل نازل‌های متعدد دارای حرکت سه‌بعدی است.
جالب اینجاست که این طراحی امکان دستکاری چندین اسفروئید به طور همزمان را فراهم می‌کند.
این اجازه می‌دهد تا مکان‌یابی سریع‌تر و دقیق‌تر اسفروئیدها، امکان ایجاد ساختارهای پیچیده بافتی با الگوهای سفارشی فراهم شود.
اوزبولات گفت: "ما می‌توانیم سپس ساختارهای قابل ارتقا را بسیار سریع ایجاد کنیم. این 10 برابر سریع‌تر از تکنیک‌های موجود است و بیش از 90 درصد حیات سلولی بالا را حفظ می‌کند."
تسهیل بهبودی سریع‌تر در رتها
برای آزمایش HITS-Bio، تیم یک بافت غضروفی یک سانتیمتر مکعبی با استفاده از 600 اسفروئید در کمتر از 40 دقیقه ساختند.
این ساخت سریع‌تر از تکنیک‌های چاپ زیستی موجود عمل می‌کند.
تیم به اجرای آزمایش‌های بیشتر این تکنیک چاپ زیستی نوآورانه در مدل‌های رت پرداختند. از تکنیک برای ترمیم بافت استخوانی در مدل رت استفاده شد.
پژوهشگران قابلیت بالینی HITS-Bio را با چاپ مستقیم اسفروئیدها در یک زخم در جمجمه یک رت در طول جراحی نشان دادند.
برای این جراحی، این اسفروئیدها به‌طور اختصاصی با ریزRNA برای تمایز به سلول‌های استخوانی برنامه‌ریزی شدند. این فرآیند بهبودی را تسریع کرد.
اوزبولات گفت که از آنجایی که سلول‌ها با دوزهای بالا با این تکنیک تحویل داده شد، واقعاً ترمیم استخوان را تسریع کرد.
زخم پس از سه هفته دارای نرخ بهبودی 91 درصد و پس از شش هفته دارای نرخ بهبودی 96 درصد بود.
HITS-Bio امکانات جدیدی برای ایجاد بافت‌های عملکردی و اندام‌ها باز می‌کند.
تیم در حال حاضر در حال کار بر روی ادغام رگهای خونی در بافت‌های چاپ زیستی است. این می‌تواند یک گستره وسیع‌تر از کاربردهای بالینی مانند پیوند فراهم کند.
یافته‌ها در مجله Nature Communications. منتشر شده‌اند.
