تکنولوژی

قلب خود را یک لایه با استفاده از تکنیک های پیشرفته چاپ سه بعدی زیستی بسازید

قلب با پرینت سه بعدی

مارک اسکایلار-اسکات و تیمش از مهندسان زیستی استانفورد با استفاده از تکنیک های پیشرفته چاپ سه بعدی می خواهند خمیر سلول های زنده را به قلب و سایر اندام ها تبدیل کنند.

اندام های کمی از انسان برای یک مهندس وسوسه انگیزتر از قلب انسان است. محفظه های آن در هماهنگی کامل پمپاژ می کنند. مواد آن انعطاف پذیر هستند اما در صورت تقاضا کوچک می شوند. شکل و حرکت آن برای توزیع موثر مایع در بدن کاملاً مطابقت دارد. این یک شگفتی طراحی است – اما زمانی که مشکلی در آن ساختار پیش می‌آید، پیچیدگی ذاتی آن، تعمیر را به یک چالش واقعی تبدیل می‌کند. در نتیجه، هزاران بیمار جوان CHD باید در طول زندگی خود با بیماری خود دست و پنجه نرم کنند.

مارک اسکایلار اسکات، دانشیار مهندسی زیستی در دانشکده های مهندسی و پزشکی می گوید: بیماری قلبی کودکان یکی از شایع ترین اشکال نقص مادرزادی مادرزادی در ایالات متحده است. این واقعا برای خانواده ها سخت است. راه‌هایی برای افزایش عمر کودکان پس از جراحی وجود دارد، اما بسیاری از کودکان از محدودیت‌های فعالیت رنج می‌برند و زندگی متزلزلی دارند. برای به دست آوردن یک راه حل واقعاً شفابخش، باید به نوعی بافت آسیب دیده یا مخدوش را جایگزین کنید.


دانشمندان دانشگاه استنفورد در حال کار بر روی تولید بافت انسانی در مقیاس درمانی با تمرکز بر قلب هستند. منبع: کورت هیکمن

اینجاست که Skylar-Scott وارد می شود. او در حال کار بر روی راه های جدیدی برای نزدیک شدن به نقایص مادرزادی قلب با ساختن بافت قلب اصلاح شده در آزمایشگاه است.

او خاطرنشان می کند که این امر به چیزی بیش از رشد سلول ها در یک رگ نیاز دارد. بیشتر تکنیک‌های موجود سلول‌های قلب یا سلول‌های بنیادی را روی یک «داربست» موقت قرار می‌دهند: یک ماده متخلخل و اسفنجی که می‌تواند آن‌ها را در سه بعدی نگه دارد. در حالی که این روش به دانشمندان اجازه می دهد تا بافتی را که در آزمایشگاه تولید می شود رشد دهند، اما واقعاً فقط برای لایه های بسیار نازک سلولی عملی است.

«اگر داربستی دارید که تنها چند سلول ضخامت دارد، می‌توانید سلول‌ها را در جای مناسب قرار دهید. اما اگر سعی کنید چیزی به ضخامت یک سانتی متر رشد دهید، کاشت سلول ها در مکان های مناسب برای رشد بافت بسیار دشوار خواهد بود. Skylar-Scott می گوید زنده نگه داشتن آنها، تامین مواد مغذی مناسب یا عروقی شدن آنها به یک چالش واقعی تبدیل می شود. او می افزاید که اندام های انسان نیز کره های سلولی یکپارچه نیستند. هر یک از آنها از لایه های پیچیده ای از انواع سلول ها تشکیل شده است که در نتیجه ساختاری سه بعدی ایجاد می شود که بازسازی آن بسیار دشوار است.

چاپ ارگانوئید

برای دور زدن این موضوع، Skylar-Scott و تیمش در حال کار بر روی یک زاویه جدید جسورانه برای رشد اندام هستند. آنها با استفاده از تکنیک های پیشرفته پرینت سه بعدی، بافت های ضخیم را لایه به لایه تولید می کنند و نوع دقیق سلول ها را در مکان های مناسب قرار می دهند، مانند برجی که از شبکه ای از آجرهای منظم روی هم قرار گرفته است. او خاطرنشان می کند که این نوع روش ساخت و ساز برای تکثیر بافت های پیچیده مانند قلب که شکل سه بعدی برای عملکرد آن مهم است، به خوبی کار می کند.

اگرچه ممکن است امیدوارکننده باشد، اما چاپ سه بعدی با سلول چالش‌های عمیق و حساسی را به همراه دارد. برخلاف رشته پلاستیکی، که پرینترهای سه بعدی مصرفی می توانند آن را گرم کرده و به شکل های بی شماری فشرده کنند، سلول ها زنده. Skylar-Scott می گوید، آنها نرم، اسفنجی، ناقص و به طرز ناامیدکننده ای شکننده هستند.

نمونه ای از پرینت های بیو پرینتر سه بعدی

چاپگر سه بعدی بیودیزل نمونه را چاپ می کند. منبع: اندرو برادهد

اگر بخواهید یک سلول را در یک زمان قرار دهید، ممکن است صدها یا هزاران سال طول بکشد تا یک کبد یا یک قلب چاپ شود. حتی اگر در هر ثانیه 1000 سلول بسازید، باز هم باید میلیاردها سلول را کنار هم قرار دهید تا یک اندام به دست آورید. اگر حساب کنید، برای یک فرآیند مقیاس پذیر خیلی خوب نخواهد بود.

در عوض، Skylar-Scott و آزمایشگاه او در حال کار برای سرعت بخشیدن به فرآیند چاپ با ترتیب دادن خوشه های متراکم از سلول ها به نام “ارگانوئیدها” هستند. این گروه با قرار دادن سلول های بنیادی دستکاری شده ژنتیکی در یک سانتریفیوژ که ماده خمیری تولید می کند، این توده ها را تشکیل می دهند. با استفاده از این معجون قادرند تعداد زیادی سلول را به صورت همزمان در یک ساختار ژلاتینی سه بعدی چاپ کنند. او می‌گوید: «ما اساساً ساختار بزرگ یک ارگان را با چاپ این ارگانوئیدها تعریف می‌کنیم.

برنامه نویسی سلولی

با این حال، قرار دادن سلول های بنیادی تنها اولین قدم است. پس از چاپ، دانشمندان باید به نحوی آنها را متقاعد کنند که به انواع سلول های خاص تر متمایز شوند و یک خوشه چندلایه از گروه های سلولی کاری ایجاد کنند که شبیه بافت اندام سالم است. برای انجام این کار، Skylar-Scott اساساً سلول های بنیادی را در یک کوکتل شیمیایی شستشو می دهد.

او خاطرنشان می‌کند: «هر خط از سلول‌های بنیادی که ما ایجاد می‌کنیم، برای پاسخ به یک داروی خاص، مهندسی ژنتیکی شده‌اند. وقتی آنها این دارو را حس می کنند، به انواع خاصی از سلول ها تمایز می یابند. برخی از سلول ها طوری برنامه ریزی شده اند که به کاردیومیوسیت تبدیل شوند، سلول های قلبی که بافت عملکردی اصلی قلب را تشکیل می دهند. به برخی دیگر توصیه می شود که تبدیل به سلول های استرومایی شوند که بافت ها را به هم متصل می کنند.

Skylar-Scott دستمال مرطوب چاپ شده خود را در یک بیوراکتور آزمایش می کند، ظرفی به اندازه گوشی هوشمند که به حفظ سلول های چاپ شده کمک می کند.

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا