چاپ زیستی سه بعدی SWIFT منجر به ایجاد اندام رشد یافته انسانی می‌شود

چاپ زیستی سه بعدی SWIFT
0 ۴۴

چاپ زیستی سه بعدی SWIFT

تکنیک ابداعی جدید محققان هاروارد به نام چاپ زیستی سه بعدی SWIFT می‌تواند نویدبخش آینده‌ای روشن برای پیوند عضو و ایجاد اندام برای انسان باشد.

شما همچنین می‌توانید مقالات زیر را در مورد پیشرفت‌های صورت‌گرفته در زمینه چاپ زیستی، مطالعه کنید:

اندام‌های انسانی رشد یافته مصنوعی برای بسیاری از افراد حکم جام مقدس را برای رفع کمبود اندام برای پیوند، دارد، و پیشرفت‌های صورت‌گرفته در چاپ سه‌بعدی باعث رونق استفاده از این تکنیک برای ایجاد ساختارهای بافت زنده به شکل اندام‌های انسانی شده‌است.

با این حال، تمام بافت‌های انسانی چاپ‌شده سه بعدی تا به این تاریخ فاقد تراکم سلولی و عملکرد در سطح یک اندام بودند که برای استفاده در ترمیم و جایگزینی اندام لازم است.

هر روز بیست نفر که منتظر پیوند عضو در ایالات متحده هستند، جان خود را از دست می‌دهند؛ در حالی که اکنون بیش از 30000 پیوند در سال انجام می‌شود، در حال حاضر بیش از 113000 بیمار در لیست انتظار پیوند عضو قرار دارند.

 اجسام شبه جنینی زنده یک کانال عروقی توخالی را که با روش چاپ زیستی سه بعدی SWIFT چاپ شده احاطه کرده‌اند.
اجسام شبه جنینی زنده یک کانال عروقی توخالی را که با روش چاپ زیستی سه بعدی SWIFT چاپ شده احاطه کرده‌اند.

در حال حاضر، یک تکنیک جدید به نام SWIFT (مخفف sacrificial writing into functional tissue) که توسط محققان دانشگاه هاروارد ایجاد شده‌است، بر مانع اصلی ذکر شده با چاپ کانال‌های عروقی سه بعدی در ماتریکس‌های زنده متشکل از سلول‌های بنیادی مشتق‌شده از واحدهای سازنده اندام، غلبه کرده‌است.

بافت‌های چاپ‌شده قابلیت زنده ماندن دارند و بافت خاص هر اندام دارای تراکم سلولی بالا و عملکرد است.

Mark Skylar-Scott، نویسنده اول این مطالعه از موسسه Wyss گفت:

این یک الگوی کاملاً جدید برای ساختن بافت است.

چاپ زیستی سه بعدی SWIFT به جای تلاش برای چاپ سه‌بعدی کل اندام، تنها بر روی چاپ رگ‌هایی که برای حمایت از ساختار بافت زنده، که حاوی مقادیر زیادی واحدهای سازنده اندام است، تمرکز می‌کند، که ممکن است در نهایت برای ترمیم و جایگزینی اندام‌های انسانی با نسخه‌های رشدیافته در آزمایشگاه که حاوی سلول‌های خود بیمار هستند، استفاده شود.

چاپ زیستی سه بعدی SWIFT شامل یک فرآیند دو مرحله‌ای است که با تشکیل صدها هزار توده سلول‌های بنیادی مشتق‌شده در یک ماتریس متراکم و زنده از واحدهای سازنده اندام که حاوی حدود 200 میلیون سلول در میلی‌لیتر است، آغاز می‌شود.

سپس، شبکه عروقی که از طریق آن می‌توان اکسیژن و سایر مواد مغذی را به سلول‌ها تحویل داد با حذف جوهر در ماتریکس ایجاد می‌شود.

Sébastien Uzel، یکی دیگر از نویسندگان این مطالعه، گفت:

تشکیل یک ماتریکس متراکم از واحدهای سازنده اندام، مثل زدن دو نشان با یک تیر است؛ نه تنها به چگالی سلولی بسیار شبیه به اندام‌های انسان می‌رسد، بلکه ویسکوزیته ماتریکس نیز امکان چاپ شبکه گسترده‌ای از کانال‌های قابل استفاده در درون آن را برای تقلید رگ‌های خونی ایجاد می‌کند که اندام انسان را حمایت می‌کنند.

توده‌های سلولی مورد استفاده در روش چاپ زیستی سه بعدی SWIFT از سلول‌های بنیادی پرتوان تحریک‌شده بزرگسالان مشتق می‌شوند، که با یک محلول ماتریکس خارج سلولی برای ایجاد یک ماتریکس زنده، ترکیب می‌شوند.

در دماهای پایین (0-4 درجه سانتیگراد)، ماتریکس متراکم دارای قوامی مشابه سس مایونز است، به اندازه کافی نرم برای دستکاری بدون آسیب رساندن به سلول‌ها، اما به اندازه کافی سفت که شکل خود را حفظ می‌کند، و آن را به یک وسیله عالی برای چاپ سه بعدی sacrificial تبدیل می‌کند.

هنگامی که ماتریس سرد، تا 37 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود، سفت‌تر و محکم‌تر می‌شود (مانند یک املت که پخته می‌شود) در حالی که جوهر ژلاتین ذوب می‌شود و می‌توان آن را شست، شبکه‌ای از کانال‌های تعبیه شده در ساختار بافت را از خود به جا می‌گذارد که می‌توان از آن برای تغذیه سلول‌ها با مواد اکسیژنه‌شده استفاده کرد.

محققان توانستند قطر کانال‌ها را از 400 میکرومتر تا 1 میلی‌متر تغییر دهند و آنها را بصورت یکپارچه به هم متصل کنند تا شبکه‌های عروقی شاخه‌ای در بافت‌ها ایجاد شود.

بافت‌های ایجاد شده بدون کانال‌های چاپ شده توسط SWIFT، مرگ سلول (قرمز) را در هسته های خود پس از 12 ساعت کشت نشان می دهند (سمت چپ)، در حالی که بافت‌هایی که کانال دارند (سمت راست) سلول‌های سالم دارند.
بافت‌های ایجاد شده بدون کانال‌های چاپ شده توسط چاپ زیستی سه بعدی SWIFT، مرگ سلول (قرمز) را در هسته های خود پس از 12 ساعت کشت نشان می دهند (سمت چپ)، در حالی که بافت‌هایی که کانال دارند (سمت راست) سلول‌های سالم دارند.

بافت‌های اختصاصی اندام که با کانال‌های عروقی ایجادشده با استفاده از چاپ زیستی سه بعدی SWIFT چاپ شده‌بودند و به این روش تغذیه شده‌بودند، زنده ماندند، در حالی که بافت‌های رشد یافته بدون این کانال‌ها در طی 12 ساعت دچار مرگ سلولی در هسته خود شدند.

برای دیدن اینکه آیا این بافت‌ها عملکردهای خاص اندام‌ها را نشان می‌دهند یا خیر، این تیم یک شبکه از کانال‌ها را در ماتریکس سلول‌های مشتق‌شده از قلب ایجاد کرد و به مدت یک هفته مواد غذایی را از طریق کانال‌ها منتقل کرد.

در طول این زمان، سلول‌های قلبی با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا بافت قلبی جامدتری را تشکیل دهند که باعث انقباضات هماهنگ و بیش از 20 برابر قوی‌تر می‌شد و ویژگی‌های کلیدی قلب انسان را تقلید می‌کردند.

منبع موسسه Wyss
مقاله Science Advances

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.