چاپ آیندهٔ حیات: کمک داربستهای کلاژنی سهبعدی به رشد بافتهای واقعی
چاپ آیندهٔ حیات: کمک داربستهای کلاژنی سهبعدی به رشد بافتهای واقعی
به گزارش سیلاد و به نقل از سایتکدیلی، این سامانه نهتنها برای مطالعهٔ بیماریهایی مانند دیابت کاربرد دارد، بلکه میتواند جایگزینی مؤثر برای آزمایشهای حیوانی در آینده باشد. افزون بر این، طرحها و مدلهای آن بهصورت رایگان منتشر شدهاند تا راه را برای نوآوری علمی هموارتر کنند.
از تخیل تا واقعیت: مهندسی بافت زنده با چاپ سهبعدی
ایدهٔ ساخت بافتهای زیستی که همچون اندامهای واقعی عمل کنند، شاید تا چندی پیش بیشتر به داستانهای علمیتخیلی شباهت داشت، اما پژوهشگران دانشگاه پیتسبورگ در حال تحقق این رؤیا هستند.
پایهٔ این تحول یک اصل ساده و قدرتمند است: سلولها در صورت قرار گرفتن در محیط مناسب، خود میدانند چگونه عمل کنند و با همسازمان یابند. کلید کار، طراحی داربستهایی است که ساختارهای طبیعی بدن را تقلید میکنند و نشانههای لازم برای رشد و عملکرد سلولها را فراهم میآورند.
دانیل شیوارسکی (استادیار مهندسی زیستی در دانشکدهٔ مهندسی سوانسون و عضو مؤسسهٔ پزشکی عروقی مدرسهٔ پزشکی) نوعی جدید از داربستها را توسعه داده است که با عنوان CHIPS شناخته میشوند؛ ساختارهایی دقیق، زیستسازگار و قابل نفوذ درونی، بر پایهٔ کلاژن.
این داربستها با سامانهای موسوم به راکتور رویتراشهٔ عروقی-پرفیوژن ادغام میشوند و بستری کامل برای مهندسی بافت فراهم میآورند که از نظر عملکرد، شباهت زیادی با محیط واقعی سلولی دارد.
مواد طبیعی، ابزار نوین در مدلسازی بیماری
شیوارسکی و همکارانش با ترکیب چاپ زیستی، مهندسی بافت، و تولید افزایشی، به طراحی بافتهای جایگزین کارآمد و مدلسازی بیماریهایی همچون دیابت و پرفشاری خون پرداختهاند. تا پیش از این، رایجترین روش مطالعهٔ درونآزمایشگاهی چنین بیماریهایی، استفاده از تراشههای میکروسیالی بود که عمدتاً از سیلیکون ساخته میشدند.
وی میگوید: «دستگاههای میکروسیال به ما کمک میکنند رفتار سلولها را بررسی کنیم، اما ذاتاً محدود هستند. داربستهای کلاژنی ما این محدودیت را برطرف کردهاند. سلولها در کلاژن رشد طبیعی دارند و میتوان آنها را در همان زمان چاپ به بستر تزریق کرد تا بهصورت طبیعی در آن محیط رشد کنند و بافت تشکیل دهند.»
تشکیل واقعی بافت: سلولهایی که در کلاژن جان میگیرند
برخلاف سامانههای میکروسیال متداول که از مواد مصنوعی ساخته میشوند، این داربستها بهطور کامل از کلاژن تشکیل شدهاند. این ویژگی به سلولها امکان میدهد با خودِ داربست تعامل داشته باشند و بهمرور به بافتهای کارآمد تبدیل شوند.
برای پشتیبانی از رشد این داربستهای سلولدار، آنها یک سامانهٔ پرفیوژن سفارشی بهنام VAPOR طراحی کردند.
اندرو هادسون (همبنیانگذار شرکت FluidForm Bio و از نویسندگان مقاله) اظهار میدارد: «این بستر منحصربهفرد است، چون داربستهای نرم و کلاژنی را با اتصالهای محکم و شبیه به لگو به سامانهٔ VAPOR متصل میکند.»
فراتر از سطوح صاف: چاپ شبکههای عروقی سهبعدی
برخلاف طراحیهای سنتی که محدود به لایههای صاف و پیاپی هستند، تیم پژوهشی توانسته است شبکههای پیچخوردهٔ سهبعدی را در مادهای نرم و زیستی چاپ کند. نمونهای از این دست، چاپ شبکههای عروقی مارپیچ با الهام از ساختار DNA بوده است.
شیوارسکی در اینباره میگوید: «ما بهترین ویژگیهای میکروسیالها مانند کنترل جریان و ایجاد شبکههای عروقی را با مواد زیستی طبیعی و هوشمندی ذاتی سلولها ترکیب کردهایم. اگر محیطی فراهم کنیم که برای سلولها آشنا باشد، خودشان میدانند چه کنند و بهمرور بافتهای زنده خواهند ساخت.»
نگاهی به آینده: مدلسازی بیماری بدون آزمایش روی حیوانات
از دیگر ویژگیهای برجستهٔ این پروژه، تعهد تیم به علم آزاد است. تمام طراحیها و مدلها بهطور رایگان در وبسایت آزمایشگاه شیوارسکی منتشر شدهاند.
وی میافزاید: «ما اکنون بستری ایجاد کردهایم که شکاف میان مدلهای دوبعدی ساده و آزمایشهای حیوانی را پر میکند. هدف بعدی ما مطالعهٔ چگونگی شکلگیری شبکههای عروقی در کنار توسعهٔ سایر بافتها و تأثیر بیماریهای انسانی بر این فرایندهاست.»
