پرینت زیستی سه بعدی چیست؟

علاقه به چاپ سه بعدی و تقاضای پزشکی برای چاپ زیستی همچنان در حال افزایش است. در این مقاله نگاهی می اندازیم به اینکه چاپ زیستی چیست و چرا اهمیت دارد.

پرینت زیستی سه بعدی چیست؟

چاپ زیستی یک فرآیند تولید افزودنی است که در آن مواد زیستی مانند سلول‌ها و فاکتورهای رشد با هم ترکیب می‌شوند تا ساختارهای بافت مانندی ایجاد کنند که از بافت‌های طبیعی تقلید می‌کنند.

این فناوری از ماده ای به نام bioink برای ایجاد این ساختارها به صورت لایه به لایه استفاده می کند. این تکنیک به طور گسترده در زمینه های پزشکی و مهندسی زیستی قابل استفاده است. اخیراً این فناوری حتی در تولید بافت غضروفی برای استفاده در بازسازی، پیشرفت هایی داشته است.

در اصل، چاپ زیستی به روشی مشابه پرینت سه بعدی معمولی عمل می کند. یک مدل دیجیتال لایه به لایه به یک جسم فیزیکی سه بعدی تبدیل می شود. با این حال، در این مثال، به جای یک ترموپلاستیک یا یک رزین، از یک سوسپانسیون سلول زنده استفاده می شود.

به همین دلیل، برای بهینه سازی زنده ماندن سلول و دستیابی به وضوح چاپ مناسب برای ساختار سلول، ماتریس صحیح، حفظ شرایط چاپ استریل ضروری است. این امر دقت در بافت های پیچیده، فاصله سلول به سلول مورد نیاز و خروجی صحیح را تضمین می کند.

این فرآیند اصولاً شامل آماده سازی، چاپ، بلوغ و کاربرد است. این را می توان در سه مرحله کلیدی خلاصه کرد:

• پیش چاپ زیستی شامل ایجاد مدل دیجیتالی است که چاپگر تولید خواهد کرد. فناوری های مورد استفاده عبارتند از توموگرافی کامپیوتری (CT) و تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI).
• چاپ زیستی فرآیند واقعی چاپ است که در آن bioink در کارتریج چاپگر قرار می گیرد و رسوب گذاری بر اساس مدل دیجیتال صورت می گیرد.
• پس از چاپ زیستی، تحریک مکانیکی و شیمیایی قطعات چاپ شده به منظور ایجاد ساختارهای پایدار برای مواد بیولوژیکی است.

چاپ زیستی چگونه کار می کند؟

چندین روش چاپ زیستی وجود دارد که بر اساس فناوری‌های اکستروژن، جوهر افشان، آکوستیک یا لیزر است. با وجود انواع مختلف، یک فرآیند چاپ زیستی معمولی یک سری مراحل کمابیش استاندارد دارد:

• تصویربرداری سه بعدی

برای بدست آوردن ابعاد دقیق بافت، از سی تی اسکن یا ام آر آی استاندارد استفاده می شود. تصویربرداری سه بعدی باید تناسب کامل بافت را بدون نیاز به تنظیم از جانب جراح فراهم کند.

• مدلسازی سه بعدی

طرح با استفاده از نرم افزار اتوکد ایجاد می شود. این طرح همچنین شامل دستورالعمل لایه به لایه با جزئیات بالا است. ممکن است در این مرحله تنظیمات دقیقی انجام شود تا از انتقال عیوب جلوگیری شود.

• تهیه Bioink

Bioink ترکیبی از سلول های زنده و یک پایه سازگار مانند کلاژن، ژلاتین، هیالورونان، ابریشم، آلژینات یا نانوسلولز است. دومی برای سلول ها داربستی برای رشد و مواد مغذی برای زنده ماندن فراهم می کند. ماده کامل، عملکرد خاص بر اساس بیمار دارد.

• چاپ

فرآیند چاپ سه بعدی شامل رسوب لایه به لایه Bioink است که در آن هر لایه ضخامت 0.5 میلی متر یا کمتر دارد. ایجاد رسوبات کوچکتر یا بزرگتر بستگی زیادی به تعداد نازلها و نوع بافت چاپ شده دارد. مخلوط از نازل به عنوان یک سیال بسیار چسبناک خارج می شود.

• انجماد

با انجام رسوب، لایه به صورت مایع چسبناک شروع می شود و برای حفظ شکل خود جامد می شود. این اتفاق می افتد زیرا لایه های بیشتری به طور مداوم رسوب می کنند. فرآیند اختلاط و انجماد به عنوان اتصال عرضی شناخته می شود و ممکن است توسط نور UV، مواد شیمیایی خاص یا گرما (همچنین معمولاً از طریق منبع نور UV تحویل داده می شود) کمک کند.

چرا چاپ زیستی مهم است؟

بیشترین اهمیت چاپ زیستی در ساختارهای بافت مانندی است که از محیط میکرو و واقعی بافت ها و اندام های انسان تقلید می کنند. این امر در آزمایش‌های دارویی و آزمایش‌های بالینی بسیار مهم است، به‌عنوان مثال، باعث کاهش شدید نیاز به پتانسیل آزمایش‌های حیوانی می شود.

زمانی که بافت‌ها و اندام‌های زنده نیازی به انسان ندارند، این فناوری نوپا فرصت‌های عظیم دیگری را ارائه می‌دهد. یک مثال آزمایش درمان بیماری ها با استفاده از بافت های آسیب دیده مصنوعی است.

این فرآیند همچنین می تواند سردردهای مرتبط با اهدای عضو و پیوند را از بین ببرد. جدای از کمبود ارگان های موجود، کل این فرآیند از منظر اخلاقی مورد نقد قرار می گیرد.

جایگزینی عضو هدف اصلی است، اما ترمیم بافت نیز در این بین امکان پذیر است. با Bioink، حل مشکلات در سطح خاص بیمار بسیار آسان تر است و عملیات ساده تر را ترویج می کند.

برنامه های کاربردی

در اینجا چند مورد از کاربردهای اصلی چاپ زیستی آورده شده است:

• اندام های مصنوعی به دلیل افزایش زیاد نارسایی اندام های حیاتی، یکی از بزرگترین محرک های فناوری هستند. در دسترس بودن اندام‌های پرینت ‌شده سه بعدی به حل سریع‌تر مسائل مربوط به اعضای بدن کمک می‌کند، که برای بیماران، خانواده‌ها و سیستم‌های مراقبت بهداشتی مهم است.
• توسعه بافت‌ها برای آزمایش‌های دارویی، زمانی که پرینت سه بعدی می‌شود، گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه‌تر و اخلاقی‌تر است. همچنین به شناسایی عوارض جانبی داروها کمک می کند و اجازه می دهد تا داروهای توصیه شده با دوزهای ایمن معتبر برای انسان تجویز شود.
• جراحی زیبایی، به ویژه جراحی پلاستیک و پیوند پوست نیز از این فناوری سود می برد. در این کاربرد خاص، بافت پوست چاپ شده زیستی می تواند تجاری شود. برخی از بافت های پرینت سه بعدی در حال حاضر برای تحقیقات در مورد اهداف درمانی در حال چاپ زیستی هستند.
• بازسازی بافت استخوان و همچنین پروتز و کاربردهای دندانی.

البته کاربردهای مختلفی از چاپ زیستی وجود دارد، از جمله تولید مواد غذایی مانند گوشت و سبزیجات.

نتیجه

از لیست کاربرد ها، کاملاً واضح است که چاپ زیستی به توسعه خود ادامه خواهد داد. مطمئناً ارزش خود را هم از از منظر اخلاقی توجیه می کند، که همیشه یک چالش بزرگ در فناوری های مرتبط با طبیعت است. بیایید ببینیم چند سال دیگر فناوری کجاست!