استفاده از نانومهندسی و تقلید از طبیعت برای چاپ سه‌بعدی رگ‌های خونی

تاریخ : ۲۱ اردیبهشت ۱۳۹۶

تعداد بازدید : ۵۴۳

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

دستاورد اخیر محققان علوم نانو در دانشگاه کالیفرنیا، نشان می دهد که می توان با چاپ سه‌بعدی شبکه خونی، راه را برای تولید اندام مصنوعی و درمان‌های بازساختی هموار کرد. محققان این پژوهش برای یکی از بزرگترین چالش‌ها در مهندسی بافت، یعنی ایجاد شبکه‌هایی از رگ‌های خونی با قابلیت کاشت ایمن در بدن، راه حلی خلاقانه یافته اند.

تا به حال از فناوری‌های چاپ سه‌بعدی گوناگونی برای ساخت رگ‌های خونی مصنوعی استفاده شده است. این فناوری‌ها کند و پرهزینه هستند و عمدتاً ساختارهایی ساده، تولید می‌کنند. ضمن این که رگ‌های خونی تولید شده قابلیت یکپارچه شدن با سیستم عروقی بدن را ندارند.
پژوهشگران به تازگی شبکه عروقی را به گونه‌ای چاپ کرده‌اند که می‌تواند به صورت ایمن با شبکه عروقی یکپارچه شود. این عروق، همانند ساختار رگ‌های خونی در بدن، به چندین دسته از رگ‌های کوچکتر منشعب می‌شوند. برای این منظور از یک فناوری خلاقانه برای چاپ سه‌بعدی جهت تولید پرسرعت ریزساختارهای پیچیده، بهره گرفته شده ‌است.
پژوهشگران ابتدا مدلی سه‌بعدی از ساختار زیستی در رایانه ساختند. سپس رایانه تصاویر لحظه‌ای دو‌‌بعدی را به میلیون‌ها آینه با اندازه میکروسکوپی می‌فرستد. این آینه‌ها به صورت دیجیتال کنترل می‌شوند تا الگوهای نور فرابنفش را به شکل این تصاویر گرفته شده طرح‌ریزی کنند. این الگوها به محلولی شامل سلول‌های زنده و پلیمرهای حساس به نور، که در معرض نور فرابنفش جامد می‌شوند، تابانده می‌شوند. این ساختار که به سرعت، به صورت لایه‌لایه و پیوسته، چاپ می‌شود، یک داربست جامد پلیمری سه‌بعدی را تشکیل می‌دهد که سلول‌های زنده‌ در آن رشد خواهند کرد و بافت زیستی را می‌سازند.
در این فناوری مستقیماً ساختارهای ریزِ عروقیِ دقیق، با وضوح بسیار بالا چاپ می‌شوند. در حالی که دیگر فناوری‌های چاپ سه‌بعدی ساختارهای ناهمگونی تولید می‌کنند که معمولاً در ساخت عروق سبب هدررفت مواد و مراحل اضافی می‌شوند. تمام این فرایند به طور کلی چند ثانیه زمان می‌برد. در حالی که روش‌های معمول برای چاپ ساختارهای ساده ساعت‌ها زمان صرف می‌کنند.
مهندسان ابتدا با عکس برداری پزشکی، الگویی دیجیتال از شبکه عروقی خون در بدن تهیه کردند. سپس با استفاده از فناوری خود، ساختاری شامل سلول‌های اندوتلیال (پوشش داخلی رگ‌های خونی) چاپ کردند. تمام ساختار به طور کلی در فضایی به ضخامت یک دسته حاوی 12رشته موی انسان جای می‌گیرد!
جهت انجام تست‌های درون‌تن (in vivo)، محققان چندین ساختار را خارج از محیط طبیعی برای یک روز کشت داده و سپس بافت‌های حاصل را به جراحات پوست موش پیوند زدند. بعد از دو هفته، بافت پیوند خورده با موفقیت رشد کرد و با ادغام در شبکه رگ‌های خونی میزبان توانست خون را به صورت عادی به گردش درآورد.
البته رگ‌های خونی پیوند خورده هنوز قابلیت عملکردهایی نظیر انتقال مواد مغذی و ضایعات را ندارند. درنتیجه همچنان تلاش بسیاری در راستای بهبود این مواد باقی مانده است.
در آینده این پژوهش بر روی ساخت بافت‌های «مخصوص هر بیمار» با به کارگیری سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (IPS) ادامه خواهدیافت. این امر سبب جلوگیری از پس‌زدن پیوند به وسیله سیستم ایمنی بیمار می‌شود، چرا که این سلول‌ها از سلول‌های پوستی خود بیمار به دست می‌آیند و با سیستم بدن سازگار هستند. هدف نهایی این است که چنین طرح‌هایی به سمت آزمایش‌های بالینی پیش بروند. اما حداقل چندین سال زمان می‌برد تا این هدف محقق شود.
تهیه شده در گروه زیست‌فن

منبع : http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=45988.php

نظر شما